JPWO2017002288A1 - Negative electrode, battery, battery pack, electronic device, electric vehicle, power storage device, and power system - Google Patents
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Abstract
サイクル特性の向上が可能な負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供する。図1Provided are a negative electrode, a battery, a battery pack, an electronic device, an electric vehicle, a power storage device, and a power system that can improve cycle characteristics. FIG.
Description
本技術は、負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムに関する。 The present technology relates to a negative electrode, a battery, a battery pack, an electronic device, an electric vehicle, a power storage device, and a power system.
近年、携帯電話機器などのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、ポータブル電子機器の電源として、リチウムイオン二次電池などの電池の開発が進められている。 In recent years, portable electronic devices such as mobile phone devices have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Along with this, development of batteries such as lithium ion secondary batteries has been promoted as a power source for portable electronic devices.
リチウムイオン二次電池では、負極活物質として炭素材料が広く用いられている。最近では、ポータブル電子機器の高性能化に伴い、エネルギー密度をさらに向上することが求められているため、負極活物質として、炭素材料に代えて理論容量の大きいケイ素、スズなどを用いることが検討されている。 In lithium ion secondary batteries, carbon materials are widely used as negative electrode active materials. Recently, as the performance of portable electronic devices has been improved, it is required to further improve the energy density. Therefore, it is considered to use silicon, tin, etc. with large theoretical capacity instead of carbon materials as the negative electrode active material. Has been.
下記特許文献1には、Si含有負極活物質粒子、第1の導電剤および繊維状の第2の導電剤を含む負極を備え、第1の導電剤によって表面が覆われた少なくとも2つのSi含有負極活物質粒子に、第2の導電剤が接触した非水電解質電池が記載されている。 The following Patent Document 1 includes a negative electrode containing Si-containing negative electrode active material particles, a first conductive agent, and a fibrous second conductive agent, and includes at least two Si-containing surfaces covered with the first conductive agent. A non-aqueous electrolyte battery in which a second conductive agent is in contact with negative electrode active material particles is described.
本技術の目的は、サイクル特性の向上が可能な負極、電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムを提供することにある。 An object of the present technology is to provide a negative electrode, a battery, a battery pack, an electronic device, an electric vehicle, a power storage device, and a power system that can improve cycle characteristics.
上述した課題を解決するために、本技術は、負極活物質と、第1炭素繊維および第2炭素繊維とを含み、第1炭素繊維は、繊維径70nm以上150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満のものであり、第2炭素繊維は、繊維径150nm以上、または、繊維長10μm以上のものである負極である。 In order to solve the above-described problem, the present technology includes a negative electrode active material, a first carbon fiber, and a second carbon fiber, and the first carbon fiber has a fiber diameter of 70 nm to less than 150 nm and a fiber length of 1 μm or more. The second carbon fiber is a negative electrode having a fiber diameter of 150 nm or more or a fiber length of 10 μm or more.
本技術は、正極と、負極と、電解質とを備え、負極は、負極活物質と、第1炭素繊維および第2炭素繊維とを含み、第1炭素繊維は、繊維径70nm以上150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満のものであり、第2炭素繊維は、繊維径150nm以上、または、繊維長10μm以上のものである電池である。 The present technology includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, the negative electrode includes a negative electrode active material, a first carbon fiber, and a second carbon fiber, and the first carbon fiber has a fiber diameter of 70 nm or more and less than 150 nm, and The second carbon fiber is a battery having a fiber diameter of 150 nm or more or a fiber length of 10 μm or more.
本技術の電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムは、上述の電池を備えたものである。 The battery pack, the electronic device, the electric vehicle, the power storage device, and the power system of the present technology include the above-described battery.
本技術の負極によれば、サイクル特性の向上を可能にする。本技術の電池、電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システムにおいても同様の効果を得ることができる。 According to the negative electrode of the present technology, the cycle characteristics can be improved. Similar effects can be obtained in the battery, battery pack, electronic device, electric vehicle, power storage device, and power system of the present technology.
以下、本技術の実施の形態について説明する。説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(円筒型の電池の例)
2.第2の実施の形態(ラミネートフィルム型の電池の例)
3.第3の実施の形態(電池パックの例)
4.第4の実施の形態(電子機器の例)
5.第5の実施の形態(蓄電システムの例)
6.第6の実施の形態(電動車両の例)
7.他の実施の形態(変形例)
なお、以下に説明する実施の形態などは本技術の好適な具体例であり、本技術の内容がこれらの実施の形態などに限定されるものではない。また、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、例示した効果と異なる効果が存在することを否定するものではない。Hereinafter, embodiments of the present technology will be described. The description will be made in the following order.
1. First embodiment (example of cylindrical battery)
2. Second Embodiment (Example of laminated film type battery)
3. Third embodiment (example of battery pack)
4). Fourth embodiment (an example of an electronic device)
5. Fifth embodiment (example of power storage system)
6). Sixth embodiment (an example of an electric vehicle)
7). Other embodiment (modification)
Note that the embodiments described below are suitable specific examples of the present technology, and the contents of the present technology are not limited to these embodiments. Moreover, the effect described in this specification is an illustration to the last, is not limited, and does not deny that the effect different from the illustrated effect exists.
1.第1の実施の形態
(1−1)非水電解質電池の構成例
本技術の第1の実施の形態では、一例として円筒型の非水電解質二次電池(以下、「非水電解質電池」または単に「電池」という)について、図1および図2を参照しながら説明する。1. First Embodiment (1-1) Configuration Example of Nonaqueous Electrolyte Battery In the first embodiment of the present technology, as an example, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter referred to as “nonaqueous electrolyte battery” or “ (Hereinafter simply referred to as “battery”) will be described with reference to FIGS.
図1に示すように、この非水電解質電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、巻回電極体20および一対の絶縁板12、13が収納されたものである。このような電池缶11を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。
As shown in FIG. 1, this nonaqueous electrolyte battery is mainly one in which a
電池缶11は、例えば、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、鉄(Fe)、アルミニウム(Al)またはそれらの合金などにより構成されている。なお、電池缶11が鉄により構成される場合には、例えば、電池缶の11の表面にニッケル(Ni)などが鍍金されていてもよい。一対の絶縁板12、13は、巻回電極体20を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。
The battery can 11 has, for example, a hollow structure in which one end is closed and the other end is opened, and is made of iron (Fe), aluminum (Al), or an alloy thereof. In the case where the battery can 11 is made of iron, for example, nickel (Ni) or the like may be plated on the surface of the battery can 11. The pair of insulating plates 12 and 13 are arranged so as to sandwich the
電池缶11の開放端部には、電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient :PTC素子)16がガスケット17を介してかしめられており、その電池缶11は、密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15および熱感抵抗素子16は、電池蓋14の内側に設けられている。
A
安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されている。この安全弁機構15では、内部短絡、または外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との間の電気的接続を切断するようになっている。
The
熱感抵抗素子16は、温度の上昇に応じて抵抗が増大する(電流を制限する)ことにより、大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面には、例えば、アスファルトが塗布されている。 The heat-sensitive resistance element 16 prevents abnormal heat generation caused by a large current by increasing resistance (limiting current) as the temperature rises. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and for example, asphalt is applied to the surface thereof.
巻回電極体20は、セパレータ23を介して正極21と負極22とが積層および巻回されたものである。この巻回電極体20の中心には、センターピン24が挿入されていてもよい。
The
巻回電極体20の正極21には正極リード25が接続されており、負極22には負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。
A positive electrode lead 25 is connected to the
正極リード25は、例えば、薄板状の導電部材であり、例えば、アルミニウムなどにより構成されている。負極リード26は、例えば、薄板状の導電部材であり、銅(Cu)、ニッケルまたはステンレス(SUS)などにより構成されている。
The positive electrode lead 25 is, for example, a thin plate-like conductive member, and is made of, for example, aluminum. The
(正極)
正極21は、例えば、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられたものである。なお、正極21は、正極集電体21Aの片面のみに正極活物質層21Bが設けられた領域を有していてもよい。(Positive electrode)
The
正極集電体21Aとしては、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、またはステンレス箔などの金属箔を用いることができる。
As the positive electrode
正極活物質層21Bは、正極活物質を含む。正極活物質層21Bは、必要に応じて、導電剤、結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。 The positive electrode active material layer 21B contains a positive electrode active material. The positive electrode active material layer 21B may include other materials such as a conductive agent and a binder as necessary.
(正極活物質)
正極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を用いることができる。正極活物質としては、例えば、リチウム含有化合物を用いることができる。(Positive electrode active material)
As the positive electrode active material, for example, a material capable of inserting and extracting lithium can be used. As the positive electrode active material, for example, a lithium-containing compound can be used.
リチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物(「リチウム遷移金属複合酸化物」という)、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物(「リチウム遷移金属リン酸化合物」という)などが挙げられる。リチウム含有化合物としては、遷移金属元素としてコバルト(Co)、ニッケル、マンガン(Mn)および鉄の少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。 Examples of the lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element (referred to as “lithium transition metal composite oxide”), and a phosphate compound containing lithium and a transition metal element (“lithium transition metal phosphate compound”). And so on). As the lithium-containing compound, a compound containing at least one of cobalt (Co), nickel, manganese (Mn) and iron as a transition metal element is preferable. This is because a higher voltage can be obtained.
リチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物、スピネル型構造のリチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる。 Examples of the lithium transition metal composite oxide include a lithium transition metal composite oxide having a layered rock salt structure and a lithium transition metal composite oxide having a spinel structure.
層状岩塩型構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、一般式LixM1O2(式中、M1は1種類以上の遷移金属元素を含む元素を表す。xの値は、一例として、0.05≦x≦1.10である。xの値は電池の充放電状態によって異なる。なお、xの値はこれに限定されるものではない。)で表されるリチウム含有化合物などが挙げられる。より具体的には、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(LixCoO2)、リチウムニッケル複合酸化物(LixNiO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(LixNi1-zCozO2(0<z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LixNi(1-v-w)CovMnwO2(0<v+w<1、v>0、w>0))、リチウムコバルトアルミニウムマグネシウム複合酸化物(LixCo(1-p-q)AlpMgqO2(0<p+q<1、p>0、q>0))などが挙げられる。Examples of the lithium transition metal composite oxide having a layered rock salt structure include, for example, the general formula Li x M1O 2 (wherein M1 represents an element containing one or more transition metal elements. The value of x is, for example, 0 .05 ≦ x ≦ 1.10. The value of x varies depending on the state of charge and discharge of the battery, and the value of x is not limited to this. . More specifically, for example, lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-z Co z O 2 ( 0 <z <1)), a lithium nickel cobalt manganese complex oxide (Li x Ni (1-vw ) Co v Mn w O 2 (0 <v + w <1, v> 0, w> 0)), lithium-cobalt-aluminum Examples thereof include magnesium composite oxide (Li x Co (1-pq) Al p Mg q O 2 (0 <p + q <1, p> 0, q> 0)).
スピネル型構造のリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、リチウムマンガン複合酸化物(LiMn2O4)、リチウムマンガンニッケル複合酸化物(LixMn2-tNitO4(0<t<2))などが挙げられる。Examples of the lithium transition metal composite oxide of a spinel structure, for example, lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4), lithium-manganese-nickel composite oxide (Li x Mn 2-t Ni t O 4 (0 <t <2 )).
リチウム遷移金属リン酸化合物としては、例えば、オリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物などが挙げられる。 Examples of the lithium transition metal phosphate compound include an olivine type lithium transition metal phosphate compound.
オリビン型構造のリチウム遷移金属リン酸化合物としては、例えば、一般式LiyM2PO4(式中、M2は1種類以上の遷移金属元素を含む元素を表す。yの値は、一例として、0.05≦y≦1.10である。yの値は電池の充放電状態によって異なる。なお、yの値はこの範囲に限定されるものではない。)で表されるリチウム含有化合物などが挙げられる。より具体的には、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiyFePO4)、リチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiyFe1-uMnuPO4(0<u<1))などが挙げられる。Examples of the olivine-type lithium transition metal phosphate compound include, for example, the general formula Li y M2PO 4 (wherein M2 represents an element containing one or more transition metal elements. The value of y is, for example, 0. 05 ≦ y ≦ 1.10 The value of y varies depending on the charge / discharge state of the battery, and the value of y is not limited to this range. . More specifically, for example, a lithium iron phosphate compound (Li y FePO 4 ), a lithium iron manganese phosphate compound (Li y Fe 1-u Mn u PO 4 (0 <u <1)), and the like can be given.
正極活物質としては、上述したリチウム含有化合物の粒子と、リチウム含有化合物の粒子の表面の少なくとも一部に設けられた被覆層とを有する被覆粒子を用いてもよい。このような被覆粒子を用いることで、電池特性をより向上できる。 As the positive electrode active material, coated particles having the above-described lithium-containing compound particles and a coating layer provided on at least a part of the surface of the lithium-containing compound particles may be used. By using such coated particles, battery characteristics can be further improved.
被覆層は、母材となるリチウム含有化合物の粒子(母材粒子)の表面の少なくとも一部に設けられたものであり、母材粒子とは異なる組成元素または組成比を有するものである。被覆層としては、例えば、酸化物や遷移金属化合物などを含むものが挙げられる。具体的には、被覆層としては、例えば、リチウムとニッケルおよびマンガンのうちの少なくとも一方とを含む酸化物、または、ニッケル、コバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、マグネシウム(Mg)および亜鉛(Zn)からなる群のうちの少なくとも1種と、酸素(O)と、リン(P)とを含む化合物などを含む。被覆層は、フッ化リチウムなどのハロゲン化物または酸素以外のカルコゲン化物を含むようにしてよい。 The coating layer is provided on at least a part of the surface of lithium-containing compound particles (base material particles) serving as a base material, and has a composition element or composition ratio different from that of the base material particles. As a coating layer, what contains an oxide, a transition metal compound, etc. is mentioned, for example. Specifically, as the coating layer, for example, an oxide containing lithium and at least one of nickel and manganese, or nickel, cobalt, manganese, iron, aluminum, magnesium (Mg), and zinc (Zn) A compound containing oxygen (O) and phosphorus (P), and the like. The coating layer may contain a halide such as lithium fluoride or a chalcogenide other than oxygen.
被覆層の存在は、正極活物質の表面から内部に向かって構成元素の濃度変化を調べることで、確認することができる。例えば、濃度変化は、被覆層が設けられたリチウム含有化合物の粒子をスパッタリングなどにより削りながらその組成をオージェ電子分光分析(Auger Electron Spectroscopy :AES)またはSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry ;二次イオン質量分析)により測定することが可能である。また、被覆層が設けられたリチウム含有化合物の粒子を酸性溶液中などでゆっくり溶解させ、その溶出分の時間変化を誘導結合高周波プラズマ(Inductively Coupled Plasma :IPC)分光分析などにより測定することも可能である。 The presence of the coating layer can be confirmed by examining the concentration change of the constituent elements from the surface of the positive electrode active material toward the inside. For example, the change in concentration is obtained by scraping particles of a lithium-containing compound provided with a coating layer by sputtering or the like, and then analyzing the composition by Auger Electron Spectroscopy (AES) or SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry). ). It is also possible to dissolve lithium-containing compound particles with a coating layer slowly in an acidic solution and measure the elution amount by inductively coupled plasma (IPC) spectroscopy. It is.
その他、正極活物質としては、例えば、酸化物、二硫化物、リチウムを含有しないカルコゲン化物(特に層状化合物やスピネル型化合物)、導電性高分子などを用いることができる。酸化物としては、例えば、酸化バナジウム(V2O5)、二酸化チタン(TiO2)、二酸化マンガン(MnO2)などが挙げられる。二硫化物としては、例えば、二硫化鉄(FeS2)、二硫化チタン(TiS2)、二硫化モリブデン(MoS2)などが挙げられる。リチウムを含有しないカルコゲン化物としては、例えば、二セレン化ニオブ(NbSe2)などが挙げられる。導電性高分子としては、硫黄、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレンまたはポリピロールなどが挙げられる。In addition, as the positive electrode active material, for example, an oxide, a disulfide, a chalcogenide containing no lithium (particularly, a layered compound or a spinel compound), a conductive polymer, and the like can be used. Examples of the oxide include vanadium oxide (V 2 O 5 ), titanium dioxide (TiO 2 ), manganese dioxide (MnO 2 ), and the like. Examples of the disulfide include iron disulfide (FeS 2 ), titanium disulfide (TiS 2 ), and molybdenum disulfide (MoS 2 ). Examples of chalcogenides that do not contain lithium include niobium diselenide (NbSe 2 ). Examples of the conductive polymer include sulfur, polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.
正極活物質は、上記で例示した正極活物質以外であってもよい。また、上記で例示した正極活物質は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。 The positive electrode active material may be other than the positive electrode active material exemplified above. Moreover, the positive electrode active material illustrated above may be mixed 2 or more types by arbitrary combinations.
(導電剤)
導電剤としては、例えば、炭素材料などを用いることができる。炭素材料としては、例えば、グラファイト、カーボンブラックまたはアセチレンブラックなどが挙げられる。なお、導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料または導電性高分子などでもよい。(Conductive agent)
As the conductive agent, for example, a carbon material can be used. Examples of the carbon material include graphite, carbon black, and acetylene black. Note that the conductive agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.
(結着剤)
結着剤としては、例えば、樹脂材料などを用いることができる。樹脂材料としては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリロニトリル(PAN)、スチレンブタジエンゴム(SBR)またはカルボキシメチルセルロース(CMC)などが挙げられる。(Binder)
As the binder, for example, a resin material or the like can be used. Examples of the resin material include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyamideimide (PAI), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylonitrile (PAN), styrene butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC).
(負極)
負極22は、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。なお、負極22は、負極集電体22Aの片面のみに負極活物質層22Bが設けられた領域を有していてもよい。(Negative electrode)
The negative electrode 22 has a structure in which a negative electrode
負極集電体22Aとしては、例えば、銅箔などの金属箔を用いることができる。
As the negative electrode
負極活物質層22Bは、少なくとも、負極活物質および炭素繊維を含む。負極活物質層22Bは、必要に応じて、導電剤、結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。導電剤および結着剤としては、正極21の導電剤および結着剤と同様の材料などを用いることができる。
The negative electrode
(負極活物質)
負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出可能な材料を用いることができる。負極活物質は、炭素材料および非炭素材料の少なくとも一つを含むことが好ましい。(Negative electrode active material)
As the negative electrode active material, for example, a material capable of inserting and extracting lithium can be used. The negative electrode active material preferably includes at least one of a carbon material and a non-carbon material.
(炭素材料)
炭素材料は、例えば、黒鉛を含む。なお、黒鉛の種類は、特に限定されない。すなわち、黒鉛の種類は、例えば、天然黒鉛でもよいし、人造黒鉛でもよいし、双方でもよい。また、黒鉛の形状は、例えば、繊維状、球状、粒状および鱗片状などの1種または2種以上であってもよい。黒鉛の表面は、ピッチおよび樹脂などの1種または2種以上により被覆または部分修飾されていてもよい。(Carbon material)
The carbon material includes, for example, graphite. In addition, the kind of graphite is not specifically limited. That is, the type of graphite may be, for example, natural graphite, artificial graphite, or both. Moreover, the shape of graphite may be 1 type, or 2 or more types, such as fibrous form, spherical shape, a granular form, and scale shape, for example. The surface of graphite may be coated or partially modified with one or more of pitch and resin.
天然黒鉛は、例えば、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛および土状黒鉛などの1種または2種以上である。人造黒鉛は、例えば、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)などの1種または2種以上である Natural graphite is 1 type, or 2 or more types, such as scale-like graphite, scale-like graphite, and earth-like graphite, for example. Artificial graphite is 1 type, or 2 or more types, such as a mesocarbon micro bead (MCMB), for example.
(非炭素材料)
非炭素材料は、金属系材料を含む。この「金属系材料」とは、電極反応物質と反応可能である元素(以下、「反応元素」という。)の1種または2種以上を構成元素として含む材料である。ただし、炭素は、ここで説明する反応元素から除かれる。この反応元素の種類は、特に限定されないが、具体的には、ケイ素およびスズなどの1種または2種以上である。(Non-carbon material)
Non-carbon materials include metallic materials. The “metal-based material” is a material containing one or more elements that can react with the electrode reactant (hereinafter referred to as “reactive element”) as constituent elements. However, carbon is excluded from the reactive elements described here. Although the kind of this reaction element is not specifically limited, Specifically, it is 1 type, or 2 or more types, such as silicon and tin.
「電極反応物質」とは、活物質を用いた二次電池において電極反応(充放電反応)に用いられる物質であり、例えば、リチウム二次電池ではリチウム(Li)である。 The “electrode reactant” is a substance used for an electrode reaction (charge / discharge reaction) in a secondary battery using an active material, and is, for example, lithium (Li) in a lithium secondary battery.
金属系材料は、上記したように、反応元素の1種または2種以上を構成元素として含む材料であるため、単体でもよいし、合金でもよいし、化合物でもよいし、それらの2種以上でもよい。すなわち、金属系材料は、ケイ素の単体、ケイ素の合金およびケイ素の化合物の1種または2種以上でもよい。また、金属系材料は、スズの単体、スズの合金およびスズの化合物の1種または2種以上でもよい。もちろん、金属系材料は、上記した一連の金属系材料の候補のうちの2種以上でもよい。なお、本技術において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。 As described above, the metal-based material is a material containing one or more of the reactive elements as a constituent element, and therefore may be a simple substance, an alloy, a compound, or two or more of them. Good. That is, the metal material may be one or more of a simple substance of silicon, a silicon alloy, and a silicon compound. The metallic material may be one or more of a simple substance of tin, a tin alloy and a tin compound. Of course, the metal-based material may be two or more of the above-described series of metal-based material candidates. In the present technology, the alloy includes an alloy including one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. Some of the structures include a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them.
中でも、金属系材料は、ケイ素およびスズのうちの一方または双方を構成元素として含む材料であることが好ましく、ケイ素を構成元素として含む材料であることがより好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。 Among these, the metal-based material is preferably a material containing one or both of silicon and tin as a constituent element, and more preferably a material containing silicon as a constituent element. This is because a high energy density can be obtained.
ケイ素の合金およびケイ素の化合物に関する詳細は、以下の通りである。 Details regarding silicon alloys and silicon compounds are as follows.
ケイ素の合金は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)などの1種または2種以上を含んでいる。ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、炭素および酸素などの1種または2種以上を含んでいる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、上記したケイ素以外の構成元素の1種または2種以上を含んでいてもよい。 For example, an alloy of silicon includes, as constituent elements other than silicon, tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium (In), silver (Ag), titanium (Ti), germanium (Ge), bismuth ( Bi), one or more of antimony (Sb) and chromium (Cr) are included. The compound of silicon contains, for example, one or more of carbon and oxygen as constituent elements other than silicon. In addition, the compound of silicon may contain 1 type, or 2 or more types of above-mentioned structural elements other than silicon as structural elements other than silicon, for example.
ケイ素の合金およびケイ素の化合物の具体例は、SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≦2)およびLiSiOなどである。なお、SiOvにおけるvは、0.2<v<1.4でもよい。なお、ケイ素の合金は、液相法、気相法および固相法などの1種または2種以上を用いて、低結晶カーボン、高結晶カーボンおよび黒鉛などの1種または2種以上により被覆または部分修飾されていてもよい。このように被覆または部分修飾されていてもよいことは、ケイ素の化合物に関しても同様である。Specific examples of silicon alloys and silicon compounds are SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2. MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), LiSiO, and the like. Note that v in SiO v may be 0.2 <v <1.4. In addition, the silicon alloy is coated or coated with one or more of low crystal carbon, high crystal carbon and graphite using one or more of liquid phase method, gas phase method and solid phase method. It may be partially modified. The same applies to the silicon compound, which may be coated or partially modified.
スズの合金およびスズの化合物に関する詳細は、ケイ素に代えてスズを用いると共に、スズ以外の構成元素にケイ素も含まれることを除き、上記したケイ素の合金およびケイ素の化合物に関する詳細と同様である。スズの合金およびスズの化合物の具体例は、SnOx(0<x≦2)、SnSiO3、LiSnOおよびMg2Snなどである。The details regarding the tin alloy and the tin compound are the same as the details regarding the silicon alloy and the silicon compound described above, except that tin is used instead of silicon and silicon is also included in the constituent elements other than tin. Specific examples of the tin alloy and the tin compound include SnO x (0 <x ≦ 2), SnSiO 3 , LiSnO, and Mg 2 Sn.
ただし、スズの合金およびスズの化合物には、以下で説明する材料も含まれる。この材料は、例えば、第1構成元素であるスズと共に第2および第3構成元素を含む材料(Sn含有材料)である。第2構成元素は、例えば、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム(V)、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム(Ga)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、モリブデン(Mo)、銀、インジウム、セシウム(Ce)、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマスおよびケイ素などの1種または2種以上である。第3構成元素は、例えば、ホウ素(B)、炭素、アルミニウムおよびリンなどの1種または2種以上である。 However, the materials described below are also included in the tin alloy and the tin compound. This material is, for example, a material (Sn-containing material) containing second and third constituent elements together with tin which is the first constituent element. Examples of the second constituent element are cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium (V), chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium (Ga), zirconium (Zr), niobium (Nb), and molybdenum (Mo). , Silver, indium, cesium (Ce), hafnium, tantalum, tungsten, bismuth and silicon. The third constituent element is, for example, one or more of boron (B), carbon, aluminum, and phosphorus.
中でも、Sn含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を構成元素として含む材料(SnCoC含有材料)であることが好ましい。このSnCoC含有材料では、例えば、炭素の含有量が9.9wt%〜29.7wt%、スズおよびコバルトの含有量の割合(Co/(Sn+Co))が20wt%〜70wt%である。高いエネルギー密度が得られるからである。 Especially, it is preferable that Sn containing material is a material (SnCoC containing material) which contains tin, cobalt, and carbon as a structural element. In this SnCoC-containing material, for example, the carbon content is 9.9 wt% to 29.7 wt%, and the content ratio of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) is 20 wt% to 70 wt%. This is because a high energy density can be obtained.
SnCoC含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性または非晶質であることが好ましい。この相は、電極反応物質と反応可能な相(反応相)であるため、その反応相の存在により優れた特性が得られる。X線回折により得られる反応相の回折ピークの半値幅(回折角2θ)は、特定X線としてCuKα線を用いると共に挿引速度を1°/minとした場合において、1°以上であることが好ましい。電極反応物質がより円滑に吸蔵放出されると共に、電解質との反応性が低減するからである。なお、SnCoC含有材料は、低結晶性または非晶質の相に加えて、各構成元素の単体または一部が含まれている相を含んでいる場合もある。 The SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and the phase is preferably low crystalline or amorphous. Since this phase is a phase capable of reacting with the electrode reactant (reaction phase), excellent characteristics can be obtained due to the presence of the reaction phase. The half width (diffraction angle 2θ) of the diffraction peak of the reaction phase obtained by X-ray diffraction is 1 ° or more when CuKα ray is used as the specific X-ray and the insertion speed is 1 ° / min. preferable. This is because the electrode reactant is occluded and released more smoothly and the reactivity with the electrolyte is reduced. In addition, the SnCoC-containing material may include a phase containing a simple substance or a part of each constituent element in addition to the low crystalline or amorphous phase.
X線回折により得られた回折ピークが電極反応物質と反応可能な相(反応相)に対応するか否かは、電極反応物質との電気化学的反応の前後におけるX線回折チャートを比較すれば、容易に判断できる。例えば、電極反応物質との電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、電極反応物質と反応可能な相に対応する。この場合には、例えば、低結晶性または非晶質の反応相の回折ピークが2θ=20°〜50°の範囲に検出される。この反応相は、例えば、上記した各構成元素を含んでおり、主に、炭素の存在に起因して低結晶化または非晶質化していると考えられる。 Whether a diffraction peak obtained by X-ray diffraction corresponds to a phase (reaction phase) capable of reacting with an electrode reactant can be determined by comparing X-ray diffraction charts before and after an electrochemical reaction with the electrode reactant. Easy to judge. For example, if the position of the diffraction peak changes before and after the electrochemical reaction with the electrode reactant, it corresponds to a phase capable of reacting with the electrode reactant. In this case, for example, the diffraction peak of the low crystalline or amorphous reaction phase is detected in the range of 2θ = 20 ° to 50 °. This reaction phase contains, for example, each of the constituent elements described above, and is considered to be low crystallization or amorphous mainly due to the presence of carbon.
SnCoC含有材料では、構成元素である炭素のうちの少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。スズなどの凝集または結晶化が抑制されるからである。元素の結合状態に関しては、例えば、X線光電子分光(XPS)法を用いて確認可能である。市販の装置では、例えば、軟X線としてAl−Kα線またはMg−Kα線などが用いられる。炭素のうちの少なくとも一部が金属元素または半金属元素などと結合している場合には、炭素の1s軌道(C1s)の合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる。なお、金原子の4f軌道(Au4f)のピークは、84.0eVに得られるようにエネルギー較正されていることとする。この際、通常、物質表面に表面汚染炭素が存在しているため、その表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとして、そのピークをエネルギー基準とする。XPS法を用いた分析測定において、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC含有材料中における炭素のピークとを含んだ形で得られる。このため、例えば、市販のソフトウェアを用いて解析することで、両者のピークを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。 In the SnCoC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon that is a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element that is another constituent element. This is because aggregation or crystallization of tin or the like is suppressed. The bonding state of elements can be confirmed using, for example, an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) method. In a commercially available apparatus, for example, Al—Kα ray or Mg—Kα ray is used as the soft X-ray. When at least a part of carbon is bonded to a metal element, a metalloid element, or the like, the peak of the synthetic wave of carbon 1s orbital (C1s) appears in a region lower than 284.5 eV. It is assumed that the energy calibration is performed so that the peak of the 4f orbit (Au4f) of the gold atom is obtained at 84.0 eV. At this time, since surface-contaminated carbon is usually present on the surface of the substance, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, and the peak is used as an energy reference. In the analytical measurement using the XPS method, the waveform of the C1s peak is obtained in a form including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing material. For this reason, for example, both peaks are separated by analyzing using commercially available software. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).
なお、SnCoC含有材料は、構成元素がスズ、コバルトおよび炭素だけである材料(SnCoC)に限られない。このSnCoC含有材料は、例えば、スズ、コバルトおよび炭素に加えて、さらにケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムおよびビスマスなどの1種または2種以上を構成元素として含んでいてもよい。 The SnCoC-containing material is not limited to a material (SnCoC) whose constituent elements are only tin, cobalt, and carbon. For example, in addition to tin, cobalt and carbon, this SnCoC-containing material is one or two of silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium and bismuth. The above may be included as a constituent element.
SnCoC含有材料の他、スズ、コバルト、鉄および炭素を構成元素として含む材料(SnCoFeC含有材料)も好ましい。このSnCoFeC含有材料の組成は、任意でよい。一例を挙げると、鉄の含有量を少なめに設定する場合は、炭素の含有量が9.9wt%〜29.7wt%、鉄の含有量が0.3wt%〜5.9wt%、スズおよびコバルトの含有量の割合(Co/(Sn+Co))が30wt%〜70wt%である。また、鉄の含有量を多めに設定する場合は、炭素の含有量が11.9wt%〜29.7wt%、スズ、コバルトおよび鉄の含有量の割合((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))が26.4wt%〜48.5wt%、コバルトおよび鉄の含有量の割合(Co/(Co+Fe))が9.9wt%〜79.5wt%である。この組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。なお、SnCoFeC含有材料の物性(半値幅など)は、上記したSnCoC含有材料の物性と同様である。 In addition to the SnCoC-containing material, a material containing tin, cobalt, iron and carbon as constituent elements (SnCoFeC-containing material) is also preferable. The composition of the SnCoFeC-containing material may be arbitrary. For example, when the iron content is set to be small, the carbon content is 9.9 wt% to 29.7 wt%, the iron content is 0.3 wt% to 5.9 wt%, tin and cobalt The content ratio (Co / (Sn + Co)) is 30 wt% to 70 wt%. When the iron content is set to be large, the carbon content is 11.9 wt% to 29.7 wt%, and the ratio of the content of tin, cobalt and iron ((Co + Fe) / (Sn + Co + Fe)) is 26. .4 wt% to 48.5 wt%, and the ratio of cobalt and iron content (Co / (Co + Fe)) is 9.9 wt% to 79.5 wt%. This is because a high energy density can be obtained in this composition range. Note that the physical properties (half-value width, etc.) of the SnCoFeC-containing material are the same as the above-described physical properties of the SnCoC-containing material.
なお、負極活物質は、さらに、他の材料を1種または2種以上含んでいてもよい。 Note that the negative electrode active material may further contain one or more other materials.
他の材料は、例えば、金属酸化物および高分子化合物などの材料の1種または2種以上である。ただし、金属系材料は、ここで説明する金属酸化物から除かれる。金属酸化物は、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムおよび酸化モリブデンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンおよびポリピロールなどである。ただし、他の材料は、上記以外であってもよい。 Another material is 1 type, or 2 or more types of materials, such as a metal oxide and a high molecular compound, for example. However, the metal-based material is excluded from the metal oxide described here. Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole. However, other materials may be other than the above.
負極活物質は、上記で例示した負極活物質以外であってもよい。また、上記で例示した負極活物質は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。 The negative electrode active material may be other than the negative electrode active material exemplified above. Moreover, the negative electrode active material illustrated above may be mixed 2 or more types by arbitrary combinations.
(炭素繊維)
炭素繊維は繊維状の炭素物質であり、少なくとも第1炭素繊維および第2炭素繊維を含む。負極活物質とともに第1炭素繊維および第2炭素繊維を用いることで、負極活物質粒子近傍、および、負極活物質層全体に良好な導電ネットワークを形成でき、負極活物質の充放電に伴う膨張収縮による負極活物質粒子間の導電パスの崩落を抑制できる。この結果、サイクル特性を向上できる。負極活物質として、ケイ素を含む材料およびスズを含む材料の少なくとも一つなどを用いた場合には、充放電に伴う膨張収縮が激しいため、第1炭素繊維および第2炭素繊維を用いることが特に効果的である。(Carbon fiber)
The carbon fiber is a fibrous carbon material and includes at least a first carbon fiber and a second carbon fiber. By using the first carbon fiber and the second carbon fiber together with the negative electrode active material, a good conductive network can be formed in the vicinity of the negative electrode active material particles and in the entire negative electrode active material layer, and expansion and contraction accompanying charging and discharging of the negative electrode active material The collapse of the conductive path between the negative electrode active material particles due to can be suppressed. As a result, cycle characteristics can be improved. When at least one of a material containing silicon and a material containing tin is used as the negative electrode active material, the first carbon fiber and the second carbon fiber are particularly used because the expansion and contraction associated with charge / discharge is severe. It is effective.
(第1炭素繊維)
第1炭素繊維としては、繊維径70nm以上150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満の炭素繊維を用いることができる。(1st carbon fiber)
As the first carbon fiber, a carbon fiber having a fiber diameter of 70 nm or more and less than 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm can be used.
この第1炭素繊維は、細径(70nm以上150nm未満)且つ短尺(1μm以上10μm未満)であるため、負極活物質の粒子表面に吸着しやすい。第1炭素繊維は、負極活物質(例えば、ケイ素を含む材料などの非炭素材料)粒子表面に吸着しやすく、粒子表面および近傍の電子パスを確保でき、サイクルに伴う負極活物質の膨張収縮に追従し、粒子表面および近傍の電子パス崩落を抑制できる。このような特性を有する第1炭素繊維を負極活物質と共に負極活物質層22Bに含ませることによって、サイクル特性を向上できる。
Since the first carbon fiber has a small diameter (70 nm or more and less than 150 nm) and a short length (1 μm or more and less than 10 μm), it is easily adsorbed on the particle surface of the negative electrode active material. The first carbon fiber is easily adsorbed on the surface of the negative electrode active material (for example, a non-carbon material such as a silicon-containing material), can secure an electron path in the vicinity of the particle surface, and the expansion and contraction of the negative electrode active material accompanying the cycle. It is possible to follow up and suppress the collapse of electron paths on and near the particle surface. By including the first carbon fiber having such characteristics in the negative electrode
なお、炭素繊維の繊維径および繊維長は、例えば、TEM(Transmission Electron Microscope)やSEM(Scanning Electron Microscope)といった電子顕微鏡などによりある個体数(例えば、20個など)の炭素繊維の繊維長および繊維径を測定し、平均値を算出することで規定できる。 The fiber diameter and the fiber length of the carbon fiber are, for example, a certain number (for example, 20) of carbon fibers and fibers using an electron microscope such as TEM (Transmission Electron Microscope) or SEM (Scanning Electron Microscope). It can be defined by measuring the diameter and calculating the average value.
(第2炭素繊維)
第2炭素繊維としては、繊維径150nm以上、または、繊維長10μm以上の炭素繊維を用いることができる。(Second carbon fiber)
As the second carbon fiber, a carbon fiber having a fiber diameter of 150 nm or more or a fiber length of 10 μm or more can be used.
この第2炭素繊維は、太径(150nm以上)または長尺(10μm以上)であるため、長期的なサイクル進行に伴い、負極活物質粒子間距離がより広がった環境下でも粒子間の導電ネットワークに寄与できる。このような特性を有する第2炭素繊維を負極活物質および第1炭素繊維と共に用いることによって、さらなるサイクル特性改善を実現できる。なお、第2炭素繊維の繊維径および繊維長の上限を規定する場合には、第2炭素繊維としては、例えば、繊維径150nm以上300nm以下、または、繊維長10μm以上50μm以下の炭素繊維が好ましい。 Since the second carbon fiber has a large diameter (150 nm or more) or a long length (10 μm or more), the conductive network between the particles even in an environment where the distance between the negative electrode active material particles is further increased with the progress of the long-term cycle. Can contribute. By using the second carbon fiber having such characteristics together with the negative electrode active material and the first carbon fiber, further improvement in cycle characteristics can be realized. When the upper limit of the fiber diameter and fiber length of the second carbon fiber is specified, the second carbon fiber is preferably a carbon fiber having a fiber diameter of 150 nm to 300 nm, or a fiber length of 10 μm to 50 μm, for example. .
(第1炭素繊維および第2炭素繊維の比表面積)
第1炭素繊維の比表面積は50m2/g未満であることが好ましい。同様に、第2炭素繊維の比表面積は50m2/g未満であることが好ましい。充電時の負極反応面積を抑制でき、被膜形成時に消失する可逆Li量を抑制できるため、比表面積が大きい導電剤を使用した場合と比較して初回効率を向上できるからである。また、材料の低比表面積化により、負極合剤スラリー作製時の溶媒量を抑制できるため、乾燥工程の短縮化や乾燥過程での材料偏析抑制、塗工性改善にも効果がある。なお、比表面積の測定はBET法を用いることができる。(Specific surface area of the first carbon fiber and the second carbon fiber)
The specific surface area of the first carbon fiber is preferably less than 50 m 2 / g. Similarly, the specific surface area of the second carbon fiber is preferably less than 50 m 2 / g. This is because the negative electrode reaction area at the time of charging can be suppressed and the amount of reversible Li that disappears at the time of film formation can be suppressed, so that the initial efficiency can be improved as compared with the case where a conductive agent having a large specific surface area is used. Moreover, since the amount of the solvent at the time of preparing the negative electrode mixture slurry can be suppressed by reducing the specific surface area of the material, it is effective in shortening the drying process, suppressing material segregation in the drying process, and improving coating properties. The BET method can be used for measuring the specific surface area.
(第1炭素繊維および第2炭素繊維の含有量)
第1炭素繊維および第2炭素繊維の合計質量は、より優れた効果を得ることができる観点から、負極構成材料の全質量に対して、0.1wt%以上10wt%未満であることが好ましい。なお、「負極構成材料の全質量」とは、負極活物質層22Bを構成する材料の全質量のことをいい、例えば、負極活物質、第1炭素繊維および第2炭素繊維(導電剤、結着剤などの他の材料を含む場合にはこれを含む)の全質量のことをいう。(Contents of first carbon fiber and second carbon fiber)
The total mass of the first carbon fiber and the second carbon fiber is preferably 0.1 wt% or more and less than 10 wt% with respect to the total mass of the negative electrode constituent material, from the viewpoint that a more excellent effect can be obtained. The “total mass of the negative electrode constituent material” refers to the total mass of the material constituting the negative electrode
(セパレータ)
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触に起因する電流の短絡(ショート)を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。(Separator)
The separator 23 separates the
セパレータ23は、例えば、樹脂を含む多孔質膜である。この樹脂を含む多孔質膜は、例えば、樹脂材料を延伸開孔法、相分離法などで成形することにより得られる。なお、樹脂を含む多孔質膜の製造方法は、これらに限定されるものではない。 Separator 23 is a porous film containing resin, for example. The porous membrane containing this resin can be obtained, for example, by molding a resin material by a stretch hole method, a phase separation method, or the like. In addition, the manufacturing method of the porous membrane containing resin is not limited to these.
セパレータ23を構成する樹脂材料には、例えば、ポリプロピレンもしくはポリエチレンなどのポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、ポリエステル樹脂またはナイロン樹脂などを用いることができる。 As the resin material constituting the separator 23, for example, a polyolefin resin such as polypropylene or polyethylene, an acrylic resin, a styrene resin, a polyester resin or a nylon resin can be used.
セパレータ23は、樹脂を含む多孔質膜を2以上積層した構造を有するものであってもよい。樹脂を含む多孔質膜は、2種以上の樹脂材料が混合されたもの(2種以上の樹脂材料を溶融混練して形成したもの)であってもよい。ポリオレフィン樹脂を含む多孔質膜は、正極21と負極22との分離性に優れ、内部短絡の発生をより低減できるので、好ましい。
The separator 23 may have a structure in which two or more porous films containing a resin are laminated. The porous film containing a resin may be a mixture of two or more resin materials (formed by melting and kneading two or more resin materials). A porous membrane containing a polyolefin resin is preferable because it has excellent separability between the
セパレータ23は、不織布であってもよい。不織布は、繊維を織ったり編んだりしないで、繊維間を接合もしくは絡合、または接合および絡合した構造体である。不織布の原料には繊維に加工できるほとんどの物質を使用することができ、繊維長や太さなどの形状を調整することで、目的、用途に応じた機能を持たせることができる。 The separator 23 may be a nonwoven fabric. A non-woven fabric is a structure in which fibers are joined or entangled or joined and entangled without weaving or knitting the fibers. Most materials that can be processed into fibers can be used as the raw material of the nonwoven fabric, and by adjusting the shape such as fiber length and thickness, it is possible to provide functions according to the purpose and application.
不織布としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維を用いた透気性膜(ポリエチレンテレフタレート不織布)などが挙げられる。なお、透気性膜とは、透気性を有する膜のことをいう。その他、不織布としては、アラミド繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、ポリオレフィン繊維、または、ナイロン繊維などを用いたものなどが挙げられる。不織布は、2種以上の繊維を用いたものであってもよい。 Examples of the nonwoven fabric include a gas permeable membrane (polyethylene terephthalate nonwoven fabric) using polyethylene terephthalate (PET) fibers. Note that the air permeable film refers to a film having air permeability. In addition, examples of the nonwoven fabric include those using aramid fibers, glass fibers, cellulose fibers, polyolefin fibers, nylon fibers, and the like. The nonwoven fabric may use two or more kinds of fibers.
セパレータ23は、無機粒子、有機粒子などの粒子を含むものであってもよい。例えば、このようなセパレータ23としては、基材と、基材の両方の主面のうちの少なくとも一方に表面層が形成されたものなどである。基材は、例えば、上記した樹脂を含む多孔質膜、不織布などである。表面層は、例えば、樹脂材料と粒子とを含む多孔質層などである。樹脂材料は、例えば、フィブリル化し、フィブリルが相互連続的に繋がった三次元的なネットワーク構造を有していてもよい。 The separator 23 may include particles such as inorganic particles and organic particles. For example, as such a separator 23, a surface layer is formed on at least one of the main surface of the base material and the base material. The base material is, for example, a porous film or a nonwoven fabric containing the above-described resin. The surface layer is, for example, a porous layer containing a resin material and particles. The resin material may have, for example, a three-dimensional network structure in which the fibers are fibrillated and the fibrils are continuously connected to each other.
(粒子)
粒子としては、例えば、無機粒子および有機粒子の少なくとも一つを用いることができる。無機粒子としては、具体的には、電気絶縁性の無機粒子である金属酸化物、金属酸化物水和物、金属水酸化物、金属窒化物、金属炭化物、金属硫化物、鉱物などが挙げられる。(particle)
As the particles, for example, at least one of inorganic particles and organic particles can be used. Specific examples of the inorganic particles include metal oxides, metal oxide hydrates, metal hydroxides, metal nitrides, metal carbides, metal sulfides, and minerals that are electrically insulating inorganic particles. .
金属酸化物または金属酸化物水和物としては、酸化アルミニウム(アルミナ、Al2O3)、ベーマイト(Al2O3・H2OまたはAlOOH)、酸化マグネシウム(マグネシア、MgO)、酸化チタン(チタニア、TiO2)、酸化ジルコニウム(ジルコニア、ZrO2)、酸化ケイ素(シリカ、SiO2)または酸化イットリウム(イットリア、Y2O3)、酸化亜鉛(ZnO)などが挙げられる。Examples of the metal oxide or metal oxide hydrate include aluminum oxide (alumina, Al 2 O 3 ), boehmite (Al 2 O 3 .H 2 O or AlOOH), magnesium oxide (magnesia, MgO), titanium oxide (titania). TiO 2 ), zirconium oxide (zirconia, ZrO 2 ), silicon oxide (silica, SiO 2 ) or yttrium oxide (yttria, Y 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), and the like.
金属窒化物としては、窒化ケイ素(Si3N4)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ホウ素(BN)または窒化チタン(TiN)などが挙げられる。金属炭化物としては、炭化ケイ素(SiC)または炭化ホウ素(B4C)などが挙げられる。金属硫化物としては、硫酸バリウム(BaSO4)などが挙げられる。Examples of the metal nitride include silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum nitride (AlN), boron nitride (BN), and titanium nitride (TiN). Examples of the metal carbide include silicon carbide (SiC) and boron carbide (B 4 C). Examples of the metal sulfide include barium sulfate (BaSO 4 ).
金属水酸化物としては水酸化アルミニウム(Al(OH)3)などが挙げられる。鉱物としては、ゼオライト(M2/nO・Al2O3・xSiO2・yH2O、Mは金属元素、x≧2、y≧0)などの多孔質アルミノケイ酸塩、タルク(Mg3Si4O10(OH)2)などの層状ケイ酸塩、チタン酸バリウム(BaTiO3)またはチタン酸ストロンチウム(SrTiO3)などが挙げられる。Examples of the metal hydroxide include aluminum hydroxide (Al (OH) 3 ). As minerals, porous aluminosilicates such as zeolite (M 2 / n O.Al 2 O 3 .xSiO 2 .yH 2 O, M is a metal element, x ≧ 2, y ≧ 0), talc (Mg 3 Si Examples thereof include layered silicates such as 4 O 10 (OH) 2 ), barium titanate (BaTiO 3 ), and strontium titanate (SrTiO 3 ).
その他の無機粒子としては、リチウム化合物の粒子、炭素材料の粒子などが挙げられる。リチウム化合物としては、Li2O4、Li3PO4、LiFなどが挙げられる。炭素材料としては、黒鉛、カーボンナノチューブ、ダイヤモンドなどが挙げられる。Other inorganic particles include lithium compound particles and carbon material particles. Examples of the lithium compound include Li 2 O 4 , Li 3 PO 4 , and LiF. Examples of the carbon material include graphite, carbon nanotube, and diamond.
これら無機粒子は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。無機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、繊維状、針状、鱗片状または板状などであってもよい。 These inorganic particles may be used alone or in combination of two or more. The shape of the inorganic particles is not particularly limited, and may be spherical, fibrous, needle-like, scale-like or plate-like.
有機粒子を構成する材料としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどの含フッ素樹脂、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体などの含フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体またはその水素化物、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体またはその水素化物、メタクリル酸エステル−アクリル酸エステル共重合体、スチレン−アクリル酸エステル共重合体、アクリロニトリル−アクリル酸エステル共重合体、エチレンプロピレンラバー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニルなどのゴム類、エチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロース誘導体、ポリフェニレンエーテル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、全芳香族ポリアミド(アラミド)などのポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリエーテル、アクリル酸樹脂またはポリエステルなどの融点およびガラス転移温度の少なくとも一方が180℃以上の高い耐熱性を有する樹脂などが挙げられる。 Examples of the material constituting the organic particles include fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, fluorine-containing rubbers such as vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer, styrene- Butadiene copolymer or its hydride, acrylonitrile-butadiene copolymer or its hydride, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer or its hydride, methacrylic acid ester-acrylic acid ester copolymer, styrene-acrylic acid ester copolymer Polymer, acrylonitrile-acrylic acid ester copolymer, rubber such as ethylene propylene rubber, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, ethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl Cellulose derivatives such as cellulose, polyphenylene ether, polysulfone, polyethersulfone, polyphenylene sulfide, polyetherimide, polyimide, polyamides such as wholly aromatic polyamide (aramid), polyamideimide, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyether, acrylic acid Examples thereof include a resin having a high heat resistance in which at least one of a melting point and a glass transition temperature of resin or polyester is 180 ° C. or higher.
これら材料は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。有機粒子の形状は特に限定されるものではなく、球状、繊維状、針状、鱗片状または板状などであってもよい。 These materials may be used alone or in combination of two or more. The shape of the organic particles is not particularly limited, and may be spherical, fibrous, needle-like, scale-like or plate-like.
(電解液)
セパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、電解質塩と、この電解質塩を溶解する非水溶媒とを含む非水電解液である。非水電解液は、必要に応じて添加剤などを含んでいてもよい。(Electrolyte)
The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. The electrolytic solution is, for example, a nonaqueous electrolytic solution that includes an electrolyte salt and a nonaqueous solvent that dissolves the electrolyte salt. The non-aqueous electrolyte may contain an additive or the like as necessary.
非水溶媒としては、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレンなどの環状の炭酸エステルを用いることができ、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのうちの一方、特に両方を混合して用いることが好ましい。サイクル特性を向上できるからである。 As the non-aqueous solvent, cyclic carbonates such as ethylene carbonate or propylene carbonate can be used, and it is preferable to use one of ethylene carbonate and propylene carbonate, particularly a mixture of both. This is because the cycle characteristics can be improved.
非水溶媒としては、また、これらの環状の炭酸エステルに加えて、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルまたは炭酸メチルプロピルなどの鎖状の炭酸エステルを混合して用いることが好ましい。高いイオン伝導性を得ることができるからである。 As the non-aqueous solvent, in addition to these cyclic carbonates, a chain carbonate such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate or methylpropyl carbonate is preferably mixed and used. This is because high ionic conductivity can be obtained.
非水溶媒としては、さらにまた、2,4−ジフルオロアニソールまたは炭酸ビニレンを含むこと好ましい。2,4−ジフルオロアニソールは放電容量を向上させることができ、また、炭酸ビニレンはサイクル特性を向上させることができるからである。よって、これらを混合して用いれば、放電容量およびサイクル特性を向上させることができるので好ましい。 The non-aqueous solvent preferably further contains 2,4-difluoroanisole or vinylene carbonate. This is because 2,4-difluoroanisole can improve discharge capacity, and vinylene carbonate can improve cycle characteristics. Therefore, it is preferable to use a mixture of these because the discharge capacity and cycle characteristics can be improved.
これらの他にも、非水溶媒としては、炭酸ブチレン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピロニトリル、N,N−ジメチルフォルムアミド、N−メチルピロリジノン、N−メチルオキサゾリジノン、N,N−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、ジメチルスルフォキシドまたはリン酸トリメチルなどが挙げられる。 Besides these, non-aqueous solvents include butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1, 3-dioxolane, methyl acetate, methyl propionate, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropironitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone, N-methyloxazolidinone, N, N -Dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, dimethyl sulfoxide or trimethyl phosphate.
なお、これらの非水溶媒の少なくとも一部の水素をフッ素で置換した化合物は、組み合わせる電極の種類によっては、電極反応の可逆性を向上させることができる場合があるので、好ましい場合もある。 A compound obtained by substituting at least a part of hydrogen in these non-aqueous solvents with fluorine may be preferable because the reversibility of the electrode reaction may be improved depending on the type of electrode to be combined.
電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属化合物の1種または2種以上を含有している。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)、過塩素酸リチウム(LiClO4)、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6)、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6H5)4)、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3SO3)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3SO3)、テトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4)、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2SiF6)、塩化リチウム(LiCl)または臭化リチウム(LiBr)などが挙げられる。中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。The electrolyte salt contains, for example, one or more light metal compounds such as lithium salts. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5) 4), methanesulfonic acid lithium (LiCH 3 SO 3), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3), tetrachloroaluminate lithium (LiAlCl 4), six Examples thereof include dilithium fluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl), and lithium bromide (LiBr). Among these, at least one selected from the group consisting of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable.
(非水電解質電池の動作)
この非水電解質電池では、充電時において、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して正極21に吸蔵される。(Non-aqueous electrolyte battery operation)
In this nonaqueous electrolyte battery, for example, during charging, lithium ions are released from the
この非水電解質電池は、完全充電時における開回路電圧(すなわち電池電圧)が、例えば、3.60V以上6.00V以下、好ましくは4.25V以上6.00V以下、さらに好ましくは4.30V以上4.50V以下の範囲内になるように設計されていてもよい。完全充電時における開回路電圧が、例えば正極活物質として層状岩塩型リチウム複合酸化物などを用いた電池において4.25V以上とされる場合は、4.20Vの電池と比較して、同じ正極活物質であっても単位質量当たりのリチウムの放出量が多くなるので、それに応じて正極活物質と負極活物質との量が調整され、高いエネルギー密度が得られるようになっている。 This nonaqueous electrolyte battery has an open circuit voltage (that is, a battery voltage) at the time of full charge of, for example, 3.60 V or more and 6.00 V or less, preferably 4.25 V or more and 6.00 V or less, more preferably 4.30 V or more. You may design so that it may become in the range of 4.50V or less. When the open circuit voltage at the time of full charge is 4.25 V or more in a battery using, for example, a layered rock salt type lithium composite oxide as a positive electrode active material, the same positive electrode active voltage as compared with a 4.20 V battery. Even if it is a substance, since the amount of lithium released per unit mass increases, the amounts of the positive electrode active material and the negative electrode active material are adjusted accordingly, and a high energy density can be obtained.
(1−2)非水電解質電池の製造方法
この非水電解質電池は、例えば、以下の手順により製造される。(1-2) Method for Manufacturing Nonaqueous Electrolyte Battery This nonaqueous electrolyte battery is manufactured, for example, by the following procedure.
まず、正極21を作製する。最初に、正極活物質と、必要に応じて結着剤および導電剤などとを混合して正極合剤としたのち、例えば、有機溶剤などに分散させてペースト状またはスラリー状の正極合剤スラリーとする。
First, the
続いて、正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、正極活物質層21Bを形成する。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などを用いて正極活物質層21Bを圧縮成型する。この場合には、複数回に渡って圧縮成型を繰り返してもよい。
Subsequently, the positive electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the positive electrode
次に、上記した正極21と同様の手順により、負極22を作製する。最初に、負極活物質と、第1炭素繊維および第2炭素繊維と、必要に応じて結着剤および導電剤などとを混合して負極合剤としたのち、例えば、有機溶剤などに分散させてペースト状またはスラリー状の負極合剤スラリーとする。なお、この際、炭素繊維の質量比が負極合剤に対して10%以上にするとスラリー性状および初回効率が悪化する傾向にあるため、10%未満とすることが望ましい。
Next, the negative electrode 22 is produced by the same procedure as that of the
こののち、負極集電体22Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、負極活物質層22Bを形成したのち、その負極活物質層22Bを圧縮成型する。
After that, the negative electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the negative electrode
最後に、正極21および負極22を用いて非水電解質電池を組み立てる。最初に、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などして取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ23を介して正極21と負極22とを積層および巻回させて巻回電極体20を作製したのち、その巻回中心にセンターピン24を挿入する。
Finally, a nonaqueous electrolyte battery is assembled using the
続いて、一対の絶縁板12、13で挟みながら、巻回電極体20を電池缶11の内部に収納する。この場合には、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接などして取り付けると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接などして取り付ける。続いて、電池缶11の内部に電解液を注入して、セパレータ23に含浸させる。最後に、ガスケット17を介して電池缶11の開口端部に電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16をかしめる。これにより、図1および図2に示した非水電解質電池が完成する。
Subsequently, the
(効果)
本技術の第1の実施の形態に係る電池では、負極が、負極活物質と共に第1炭素繊維および第2炭素繊維を含む。第1炭素繊維は、負極活物質表面に吸着しやすく、負極活物質表面および近傍の電子パスを確保でき、サイクルに伴う負極活物質の膨張収縮に追従し、負極活物質表面および近傍の電子パス崩落を抑制できる。これにより、サイクル特性を向上できる。第2炭素繊維は、長期的なサイクル進行に伴い、負極活物質間の距離がより広がった環境下でも粒子間の導電ネットワークに寄与できる。これにより、さらなるサイクル特性改善を実現できる。(effect)
In the battery according to the first embodiment of the present technology, the negative electrode includes the first carbon fiber and the second carbon fiber together with the negative electrode active material. The first carbon fibers are easily adsorbed on the surface of the negative electrode active material, can secure an electron path near the surface of the negative electrode active material, follow the expansion and contraction of the negative electrode active material accompanying the cycle, and have an electron path near the surface of the negative electrode active material. Collapse can be suppressed. Thereby, cycle characteristics can be improved. The second carbon fiber can contribute to a conductive network between particles even in an environment in which the distance between the negative electrode active materials is further increased as the cycle progresses for a long time. Thereby, further improvement in cycle characteristics can be realized.
なお、上述した特許文献1(特開2008−117761号公報)に記載の非水電解質電池では、第1の導電剤が平均径5nm以上、60nm以下のものであるため、Si含有負極活物質粒子表面の導電性は向上できるが、近傍粒子間の導電ネットワークには貢献できない。また、第1の導電剤は比表面積が200〜800m2/gと極め大きいものであるため、充電ロス増加による容量低下が懸念される。In the non-aqueous electrolyte battery described in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-117671) described above, the first conductive agent has an average diameter of 5 nm or more and 60 nm or less. Although the surface conductivity can be improved, it cannot contribute to the conductive network between neighboring particles. In addition, since the first conductive agent has an extremely large specific surface area of 200 to 800 m 2 / g, there is a concern that the capacity may be reduced due to an increase in charge loss.
2.第2の実施の形態
(2−1)ラミネートフィルム型の電池の構成例
本技術の第2の実施の形態では、一例として、ラミネートフィルム型の電池について、図3および図4を参照しながら説明する。2. Second Embodiment (2-1) Configuration Example of Laminate Film Type Battery In the second embodiment of the present technology, as an example, a laminate film type battery will be described with reference to FIGS. 3 and 4. To do.
非水電解質電池は、外装部材40の内部に、巻回電極体30が収納されたものである。巻回電極体30には、正極リード31および負極リード32が取り付けられている。正極リード31および負極リード32は、例えば、外装部材40の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。
In the nonaqueous electrolyte battery, the
(外装部材)
外装部材40は、フィルム状の部材である。外装部材40は、例えば、融着層、金属層および表面保護層がこの順に積層されたラミネートフィルムである。融着層は、例えば、ポリエチレンまたはポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂などで構成される。金属層は、例えば、アルミニウムなどで構成される。表面保護層は、例えば、ナイロンまたはポリエチレンテレフタレートなどで構成される。外装部材40は、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよく、高分子フィルム単体または金属フィルム単体でもよい。(Exterior material)
The
外装部材40と正極リード31との間には、密着フィルム41が介在されている。同様に、外装部材40と負極リード32との間には、密着フィルム41が介在されている。密着フィルム41は、例えば、金属材料との接着性が高い材料などで構成されている。この材料としては、例えば、ポリオレフィン樹脂などの樹脂材料が挙げられる。
An
(正極、負極およびセパレータ)
巻回電極体30は、セパレータ35および電解質層36を介して正極33と負極34とが積層および巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープ37により保護されている。なお、巻回電極体30は、セパレータ35を省略したものであってもよい。(Positive electrode, negative electrode and separator)
The
正極33は、例えば、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられたものである。正極集電体33Aおよび正極活物質層33Bの構成は、それぞれ第1の実施の形態の正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bと同様である。負極34は、例えば、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられたものである。負極集電体34Aおよび負極活物質層34Bの構成は、それぞれ第1の実施の形態の負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bの構成と同様である。セパレータ35の構成は、第1の実施の形態のセパレータ23の構成と同様である。
In the
(電解質層)
電解質層36は、電解液が高分子化合物により保持されたものであり、必要に応じて、各種添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。この電解質層36は、例えば、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に電解液の漏液が防止されるので好ましい。(Electrolyte layer)
The
高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポリフッ化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体などが挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、ポリフッ化ビニリデン、またはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。 Examples of the polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinyl fluoride, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, poly Examples thereof include methyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene, polycarbonate, and a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene. These may be single and multiple types may be mixed. Among these, polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene is preferable. This is because it is electrochemically stable.
電解液は、第1の実施の形態と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質層36において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。よって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。
The electrolytic solution is the same as that in the first embodiment. However, in the
なお、電解液が高分子化合物により保持されたゲル状の電解質層36に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ35に含浸される。
Instead of the
(粒子を含む電解質層)
電解質層36は、粒子を含むものであってもよい。粒子としては、上述した無機粒子、有機粒子と同様のものを用いることができる。(Electrolyte layer containing particles)
The
(2−2)非水電解質電池の製造方法
非水電解質電池は、例えば、以下の3種類の手順により製造される。(2-2) Method for Manufacturing Nonaqueous Electrolyte Battery A nonaqueous electrolyte battery is manufactured, for example, by the following three types of procedures.
(第1の製造方法)
第1の製造方法では、最初に、第1の実施の形態と同様にして、正極33および負極34を作製する。電解液を、非水溶媒に対して電解質塩を溶解させて調製する。(First manufacturing method)
In the first manufacturing method, first, the
次に、電解液、高分子化合物および溶剤を含む前駆溶液を調製して正極33および負極34に塗布したのち、その溶剤を揮発させてゲル状の電解質層36を形成する。続いて、正極集電体33Aに正極リード31を溶接などして取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を溶接などして取り付ける。
Next, after preparing the precursor solution containing electrolyte solution, a high molecular compound, and a solvent, and apply | coating to the
次に、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層および巻回したのち、その最外周部に保護テープ37を接着させて、巻回電極体30を作製する。
Next, after laminating and winding the
最後に、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込んだのち、その外装部材40の外縁部同士を熱融着などで接着させて、巻回電極体30を封入する。この際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間に、密着フィルム41を挿入する。これにより、図3および図4に示した非水電解質電池が完成する。
Finally, after sandwiching the
(第2の製造方法)
第2の製造方法では、最初に、正極33に正極リード31を取り付けると共に、負極34に負極リード32を取り付ける。続いて、セパレータ35を介して正極33と負極34とを積層して巻回させたのち、その最外周部に保護テープ37を接着させて、巻回電極体30の前駆体である巻回体を作製する。(Second manufacturing method)
In the second manufacturing method, first, the
次に、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させて、袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材40の内部に注入したのち、その外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。
Next, after sandwiching the wound body between the two film-like
最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層36を形成する。これにより、非水電解質電池が完成する。
Finally, the monomer is thermally polymerized to obtain a polymer compound, and the
(第3の製造方法)
第3の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ35を用いることを除き、上記した第2の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材40の内部に収納する。(Third production method)
In the third manufacturing method, a wound body is formed by forming a wound body in the same manner as in the second manufacturing method described above except that the
次に、電解液を調製して外装部材40の内部に注入したのち、その外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材40に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ35を正極33および負極34に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質層36が形成されるため、非水電解質電池が完成する。
Next, after an electrolyte is prepared and injected into the
(効果)
本技術の第2の実施の形態に係る電池では、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。(effect)
In the battery according to the second embodiment of the present technology, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.
3.第3の実施の形態
本技術の第3の実施の形態では、電池パックの構成の一例について、図5および図6を参照しながら説明する。3. Third Embodiment In a third embodiment of the present technology, an example of the configuration of a battery pack will be described with reference to FIGS. 5 and 6.
この電池パックは、1つの二次電池(単電池)を用いた簡易型の電池パック(いわゆるソフトパック)であり、例えば、スマートフォンに代表される電子機器などに内蔵される。電池パックは、電池セル111と、電池セル111に接続される回路基板116とを備えている。電池セル111は、例えば、第2の実施の形態に係るラミネートフィルム型の二次電池である。
This battery pack is a simple battery pack (so-called soft pack) using one secondary battery (single battery), and is incorporated in an electronic device typified by a smartphone, for example. The battery pack includes a
電池セル111の両側面には、一対の粘着テープ118、119が貼り付けられている。回路基板116には、保護回路(PCM:Protection Circuit Module)が形成されている。この回路基板116は、電池セル111の正極リード112および負極リード113に対して一対のタブ114、115を介して接続されていると共に、外部接続用のコネクタ付きリード線117に接続されている。なお、回路基板116が電池セル111に接続された状態において、その回路基板116は、ラベル120および絶縁シート131により上下から保護されている。ラベル120が貼り付けられることで、回路基板116および絶縁シート131などが固定されている。
A pair of
また、電池パックは、図6に示すように、電源に相当する電池セル111と、回路基板116とを備えている。回路基板116は、例えば、制御部121と、スイッチ部122と、PTC123と、温度検出部124とを備えている。電池セル111は、正極端子125および負極端子127を介して外部と接続可能であるため、その電池セル111は、正極端子125および負極端子127を介して充放電される。温度検出部124は、温度検出端子(いわゆるT端子)126を用いて温度を検出可能である。
Further, as shown in FIG. 6, the battery pack includes a
制御部121は、電池パック全体の動作(電池セル111の使用状態を含む)を制御するものであり、例えば、中央演算処理装置(CPU)およびメモリなどを含んでいる。
The
この制御部121は、例えば、電池電圧が過充電検出電圧に到達すると、スイッチ部122を切断させることで、電池セル111の電流経路に充電電流が流れないようにする。また、制御部121は、例えば、充電時において大電流が流れると、スイッチ部122を切断させて、充電電流を遮断する。
For example, when the battery voltage reaches the overcharge detection voltage, the
この他、制御部121は、例えば、電池電圧が過放電検出電圧に到達すると、スイッチ部122を切断させることで、電池セル111の電流経路に放電電流が流れないようにする。また、制御部121は、例えば、放電時において大電流が流れると、スイッチ部122を切断させることで、放電電流を遮断する。
In addition, for example, when the battery voltage reaches the overdischarge detection voltage, the
なお、二次電池の過充電検出電圧の一例としては、4.20V±0.05Vなどである。過放電検出電圧の一例としては、2.4V±0.1Vなどである。 An example of the overcharge detection voltage of the secondary battery is 4.20V ± 0.05V. An example of the overdischarge detection voltage is 2.4V ± 0.1V.
スイッチ部122は、制御部121の指示に応じて、電池セル111の使用状態(電池セル111と外部機器との接続の可否)を切り換えるものである。このスイッチ部122は、例えば、充電制御スイッチおよび放電制御スイッチなどを含んでいる。充電制御スイッチおよび放電制御スイッチは、例えば、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ(MOSFET)などの半導体スイッチである。なお、充放電電流は、例えば、スイッチ部122のON抵抗に基づいて検出される。
The
温度検出部124は、電池セル111の温度を測定して、その測定結果を制御部121に出力するものであり、例えば、サーミスタなどの温度検出素子を含んでいる。なお、温度検出部124による測定結果は、異常発熱時において制御部121が充放電制御を行う場合や、制御部121が残容量の算出時において補正処理を行う場合などに用いられる。
The
なお、回路基板116は、PTC123を備えていなくてもよい。この場合には、別途、回路基板116にPTC素子が付設されていてもよい。
The
4.第4の実施の形態
本技術の第4の実施の形態では、電子機器の構成の一例について、図7を参照しながら説明する。4). Fourth Embodiment In a fourth embodiment of the present technology, an example of the configuration of an electronic device will be described with reference to FIG.
電子機器300は、電子機器本体の電子回路301と、電池パック200とを備える。電池パック200は、正極端子231aおよび負極端子231bを介して電子回路301に対して電気的に接続されている。電子機器300は、例えば、ユーザにより電池パック200を着脱自在な構成を有している。なお、電子機器300の構成はこれに限定されるものではなく、ユーザにより電池パック200を電子機器300から取り外しできないように、電池パック200が電子機器300内に内蔵されている構成を有していてもよい。
The
電池パック200の充電時には、電池パック200の正極端子231a、負極端子231bがそれぞれ、充電器(図示せず)の正極端子、負極端子に接続される。一方、電池パック200の放電時(電子機器300の使用時)には、電池パック200の正極端子231a、負極端子231bがそれぞれ、電子回路301の正極端子、負極端子に接続される。
When charging the
電子機器300としては、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、タブレット型コンピュータ、携帯電話(スマートフォンなど)、携帯情報端末(Personal Digital Assistants:PDA)、表示装置(LCD、ELディスプレイ、電子ペーパ、ヘッドマウントディスプレイ(HMD)など)、撮像装置(デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなど)、オーディオ機器(ポータブルオーディオプレイヤーなど)、ゲーム機器、コードレスフォン子機、電子書籍、電子辞書、ラジオ、ヘッドホン、ナビゲーションシステム、メモリーカード、ペースメーカー、補聴器、電動工具、電気シェーバー、冷蔵庫、エアコン、テレビ、ステレオ、温水器、電子レンジ、食器洗い器、洗濯機、乾燥器、照明機器、玩具、医療機器、ロボット、ロードコンディショナー、信号機などが挙げられるが、これに限定されるものでなない。
Examples of the
(電子回路)
電子回路301は、例えば、CPU、周辺ロジック部、インターフェース部および記憶部などを備え、電子機器300の全体を制御する。(Electronic circuit)
The
(電池パック)
電池パック200は、組電池201と、充放電回路202とを含む組電池の電池パックである。組電池201は、複数の二次電池201aを直列および/または並列に接続して構成されている。複数の二次電池201aは、例えばn並列m直列(n、mは正の整数)に接続される。なお、図7では、6つの二次電池201aが2並列3直列(2P3S)に接続された例が示されている。二次電池201aとしては、第1の実施の形態に係る電池が用いられる。(Battery pack)
The
充電時には、充放電回路202は、組電池201に対する充電を制御する。一方、放電時(すなわち電子機器300の使用時)には、充放電回路202は、電子機器300に対する放電を制御する。
At the time of charging, the charging / discharging
電池パック200に代えて、第1の実施の形態もしくは第2の実施の形態に係る電池または第3の実施の形態に係る単電池の電池パックを用いてもよい。
Instead of the
5.第5の実施の形態
本技術の第5の実施の形態では、第1の実施の形態または第2の実施の形態に係る電池を蓄電装置に備える蓄電システムの例について説明する。5. Fifth Embodiment In a fifth embodiment of the present technology, an example of a power storage system including the battery according to the first embodiment or the second embodiment in a power storage device will be described.
この蓄電システムは、電力を使用するものである限り、どのようなものであってもよく、単なる電力装置も含む。この電力システムは、例えば、スマートグリッド、家庭用エネルギー管理システム(HEMS)、車両などを含み、蓄電も可能である。 This power storage system may be anything as long as it uses electric power, and includes a simple electric power device. This power system includes, for example, a smart grid, a home energy management system (HEMS), a vehicle, and the like, and can also store electricity.
蓄電装置(蓄電モジュール)は、例えば、住宅をはじめとする建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源などに適用されるものである。蓄電装置の一例としては、複数の電池が並列および直列の少なくとも一つで接続された電池ブロックと、これらの電池ブロックの充電および放電を制御する制御部とを含む蓄電モジュールが挙げられる。蓄電装置の構成の一例は、例えば、複数の電池ブロックが外装ケースに収納されものである。電池には、第1の実施の形態に係る電池を用いることができる。 The power storage device (power storage module) is applied to, for example, a power storage power source for buildings such as houses or power generation facilities. As an example of the power storage device, there is a power storage module including a battery block in which a plurality of batteries are connected in parallel and at least one in series, and a control unit that controls charging and discharging of these battery blocks. As an example of the configuration of the power storage device, for example, a plurality of battery blocks are housed in an exterior case. As the battery, the battery according to the first embodiment can be used.
蓄電システムの例としては、例えば、以下の第1〜第5の蓄電システムなどが挙げられる。第1の蓄電システムは、再生可能エネルギーから発電を行う発電装置によって蓄電装置が充電される蓄電システムである。第2の蓄電システムは、蓄電装置を有し、蓄電装置に接続される電子機器に電力を供給する蓄電システムである。第3の蓄電システムは、蓄電装置から、電力の供給を受ける電子機器を含む蓄電システムである。これらの蓄電システムは、外部の電力供給網と協働して電力の効率的な供給を図るシステムとして実施される。 Examples of the power storage system include the following first to fifth power storage systems. The first power storage system is a power storage system in which a power storage device is charged by a power generation device that generates power from renewable energy. The second power storage system is a power storage system that includes a power storage device and supplies power to an electronic device connected to the power storage device. The third power storage system is a power storage system including an electronic device that receives power supplied from the power storage device. These power storage systems are implemented as a system for efficiently supplying power in cooperation with an external power supply network.
第4の蓄電システムは、他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報送受信部とを備え、送受信部が受信した情報に基づき、上述した蓄電装置の充放電制御を行う電力システムである。第5の蓄電システムは、上述した蓄電装置から、電力の供給を受け、または発電装置または電力網から蓄電装置に電力を供給する電力システムである。以下、住宅および電動車両に適用される蓄電システムについて説明する。 The fourth power storage system is a power system that includes a power information transmission / reception unit that transmits / receives signals to / from other devices via a network, and performs charge / discharge control of the power storage device described above based on information received by the transmission / reception unit. . The fifth power storage system is a power system that receives power from the power storage device described above or supplies power to the power storage device from the power generation device or the power network. Hereinafter, a power storage system applied to a house and an electric vehicle will be described.
(蓄電システムの構成)
以下、図8を参照して、第5の実施の形態に係る蓄電システム(電力システム)400の構成例について説明する。この蓄電システム400は、住宅用の蓄電システムであり、火力発電402a、原子力発電402b、水力発電402cなどの集中型電力系統402から電力網409、情報網412、スマートメータ407、パワーハブ408などを介し、電力が蓄電装置403に供給される。これと共に、家庭内発電装置404などの独立電源から電力が蓄電装置403に供給される。蓄電装置403に供給された電力が蓄電される。蓄電装置403を使用して、住宅401で使用する電力が給電される。住宅401に限らずビルに関しても同様の蓄電システムを使用できる。(Configuration of power storage system)
Hereinafter, with reference to FIG. 8, a configuration example of a power storage system (power system) 400 according to the fifth embodiment will be described. This power storage system 400 is a residential power storage system, which is connected to a
住宅401には、家庭内発電装置404、電力消費装置405、蓄電装置403、各装置を制御する制御装置410、スマートメータ407、パワーハブ408、各種情報を取得するセンサ411が設けられている。各装置は、電力網409および情報網412によって接続されている。家庭内発電装置404として、太陽電池、燃料電池などが利用され、発電した電力が電力消費装置405および/または蓄電装置403に供給される。電力消費装置405は、冷蔵庫405a、空調装置405b、テレビジョン受信機405c、風呂405dなどである。さらに、電力消費装置405には、電動車両406が含まれる。電動車両406は、電気自動車406a、ハイブリッドカー406b、電気バイク406cなどである。
The house 401 is provided with a home power generation device 404, a
蓄電装置403は、第1の実施の形態または第2の実施の形態に係る電池を1以上含む。スマートメータ407は、商用電力の使用量を測定し、測定された使用量を、電力会社に送信する機能を備えている。電力網409は、直流給電、交流給電、非接触給電の何れか一つまたは複数の組み合わせであってもよい。
The
各種のセンサ411は、例えば人感センサ、照度センサ、物体検知センサ、消費電力センサ、振動センサ、接触センサ、温度センサ、赤外線センサなどである。各種のセンサ411により取得された情報は、制御装置410に送信される。センサ411からの情報によって、気象の状態、人の状態などが把握されて電力消費装置405を自動的に制御してエネルギー消費を最小とすることができる。さらに、制御装置410は、住宅401に関する情報を、インターネットを介して外部の電力会社などに送信することができる。
The
パワーハブ408によって、電力線の分岐、直流交流変換などの処理がなされる。制御装置410と接続される情報網412の通信方式としては、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transceiver:非同期シリアル通信用送受信回路)などの通信インターフェースを使う方法、Bluetooth(登録商標)、ZigBee、Wi−Fiなどの無線通信規格によるセンサーネットワークを利用する方法がある。Bluetooth(登録商標)方式は、マルチメディア通信に適用され、一対多接続の通信を行うことができる。ZigBeeは、IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)802.15.4の物理層を使用するものである。IEEE802.15.4は、PAN(Personal Area Network)またはW(Wireless)PANと呼ばれる短距離無線ネットワーク規格の名称である。
The
制御装置410は、外部のサーバ413と接続されている。このサーバ413は、住宅401、電力会社、およびサービスプロバイダーのいずれかによって管理されていてもよい。サーバ413が送受信する情報は、たとえば、消費電力情報、生活パターン情報、電力料金、天気情報、天災情報、電力取引に関する情報である。これらの情報は、家庭内の電力消費装置(たとえばテレビジョン受信機)から送受信してもよいが、家庭外の装置(たとえば、携帯電話機など)から送受信してもよい。これらの情報は、表示機能を持つ機器、たとえば、テレビジョン受信機、携帯電話機、PDAなどに、表示されてもよい。
The
各部を制御する制御装置410は、CPU、RAM、ROMなどで構成され、この例では、蓄電装置403に格納されている。制御装置410は、蓄電装置403、家庭内発電装置404、電力消費装置405、各種のセンサ411、サーバ413と情報網412により接続され、例えば、商用電力の使用量と、発電量とを調整する機能を有している。なお、その他にも、電力市場で電力取引を行う機能などを備えていてもよい。
A
以上のように、電力が火力発電402a、原子力発電402b、水力発電402cなどの集中型電力系統402のみならず、家庭内発電装置404(太陽光発電、風力発電)の発電電力を蓄電装置403に蓄えることができる。したがって、家庭内発電装置404の発電電力が変動しても、外部に送出する電力量を一定にしたり、または、必要なだけ放電するといった制御を行うことができる。例えば、太陽光発電で得られた電力を蓄電装置403に蓄えると共に、夜間は料金が安い深夜電力を蓄電装置403に蓄え、昼間の料金が高い時間帯に蓄電装置403によって蓄電した電力を放電して利用するといった使い方もできる。
As described above, power is generated not only from the
なお、この例では、制御装置410が蓄電装置403内に格納される例を説明したが、スマートメータ407内に格納されてもよいし、単独で構成されていてもよい。さらに、蓄電システム400は、集合住宅における複数の家庭を対象として用いられてもよいし、複数の戸建て住宅を対象として用いられてもよい。
In this example, the example in which the
6.第6の実施の形態
本技術の第6の実施の形態では、第1の実施の形態または第2の実施の形態に係る電池を備える電動車両の一例について説明する。電動車両としては、鉄道車両、ゴルフカート、電動カート、電気自動車(ハイブリッド自動車を含む)、農耕用作業車両(トラクタ、コンバインなど)などが挙げられる。以下では、電気自動車の例について説明する。6). Sixth Embodiment In a sixth embodiment of the present technology, an example of an electric vehicle including the battery according to the first embodiment or the second embodiment will be described. Examples of the electric vehicle include a railway vehicle, a golf cart, an electric cart, an electric vehicle (including a hybrid vehicle), and an agricultural work vehicle (such as a tractor and a combine). Below, the example of an electric vehicle is demonstrated.
図9を参照して、本技術の第6の実施の形態に係る電動車両の構成例について説明する。このハイブリッド車両500は、シリーズハイブリッドシステムを採用するハイブリッド車両である。シリーズハイブリッドシステムは、エンジンで動かす発電機で発電された電力、またはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置503で走行する車である。
With reference to FIG. 9, the structural example of the electric vehicle which concerns on the 6th Embodiment of this technique is demonstrated. The
このハイブリッド車両500には、エンジン501、発電機502、電力駆動力変換装置503、駆動輪504a、駆動輪504b、車輪505a、車輪505b、バッテリー508、車両制御装置509、各種センサ510、充電口511が搭載されている。バッテリー508としては、第1の実施の形態または第2の実施の形態に係る電池が用いられる。
The
ハイブリッド車両500は、電力駆動力変換装置503を動力源として走行する。電力駆動力変換装置503の一例は、モータである。バッテリー508の電力によって電力駆動力変換装置503が作動し、この電力駆動力変換装置503の回転力が駆動輪504a、504bに伝達される。なお、必要な個所に直流−交流(DC−AC)または逆変換(AC−DC変換)を用いることによって、電力駆動力変換装置503が交流モータでも直流モータでも適用可能である。各種センサ510は、車両制御装置509を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度(スロットル開度)を制御したりする。各種センサ510には、速度センサ、加速度センサ、エンジン回転数センサなどが含まれる。
The
エンジン501の回転力は発電機502に伝えられ、その回転力によって発電機502により生成された電力をバッテリー508に蓄積することが可能である。
The rotational force of the engine 501 is transmitted to the
図示しない制動機構によりハイブリッド車両500が減速すると、その減速時の抵抗力が電力駆動力変換装置503に回転力として加わり、この回転力によって電力駆動力変換装置503により生成された回生電力がバッテリー508に蓄積される。
When the
バッテリー508は、充電口511を介してハイブリッド車両500の外部の電源に接続されることで、その外部電源から充電口511を入力口として電力供給を受け、受けた電力を蓄積することも可能である。
The
図示しないが、電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行なう情報処理装置を備えていてもよい。このような情報処理装置としては、例えば、電池の残量に関する情報に基づき、電池残量表示を行う情報処理装置などがある。 Although not shown, an information processing apparatus that performs information processing related to vehicle control based on information related to the battery may be provided. As such an information processing apparatus, for example, there is an information processing apparatus that displays a remaining battery level based on information on the remaining battery level.
なお、以上は、エンジンで動かす発電機で発電された電力、またはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、モータで走行するシリーズハイブリッド車を例として説明した。しかしながら、エンジンとモータの出力をいずれも駆動源とし、エンジンのみで走行、モータのみで走行、エンジンとモータ走行という3つの方式を適宜切り替えて使用するパラレルハイブリッド車に対しても本技術は有効に適用可能である。さらに、エンジンを用いず駆動モータのみによる駆動で走行する所謂、電動車両に対しても本技術は有効に適用可能である。 In the above description, a series hybrid vehicle that runs on a motor using electric power generated by a generator that is driven by an engine or electric power that is temporarily stored in a battery has been described as an example. However, the present technology is also effective for a parallel hybrid vehicle that uses both engine and motor outputs as drive sources and switches between the three modes of running with the engine alone, running with the motor alone, and engine and motor running as appropriate Applicable. Furthermore, the present technology can be effectively applied to a so-called electric vehicle that travels only by a drive motor without using an engine.
以下、実施例により本技術を詳細に説明する。なお、本技術は、下記の実施例の構成に限定されるものではない。 Hereinafter, the present technology will be described in detail by way of examples. In addition, this technique is not limited to the structure of the following Example.
(炭素繊維の繊維径および繊維長)
以下の実施例および比較例における炭素繊維の繊維径および繊維長は、電子顕微鏡(TEMまたはSEM)を用いて、ある個体数(20個)の炭素繊維の繊維径および繊維長を測定することにより得た測定値から算出した平均値である。なお、繊維長については、例えば繊維長1μm以上10μm未満などのように数値範囲で表しているが、これは測定値から算出した繊維長の平均値がこの範囲内に含まれていたことを意味する。(Fiber diameter and fiber length of carbon fiber)
The fiber diameter and fiber length of the carbon fibers in the following examples and comparative examples are obtained by measuring the fiber diameter and fiber length of a certain number (20) of carbon fibers using an electron microscope (TEM or SEM). It is an average value calculated from the obtained measured values. The fiber length is expressed in a numerical range such as a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm, for example. This means that the average value of the fiber length calculated from the measured value was included in this range. To do.
<実施例1>
(正極の作製)
正極活物質(LiCoO2)98質量部と、導電剤(カーボンブラック)1質量部と、結着剤(ポリフッ化ビニリデン:PVdF)1質量部とを混合して、正極合剤とした。続いて、正極合剤を有機溶剤(N−メチル−2−ピロリドン:NMP)に分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体(アルミニウム箔)に正極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて、正極活物質層を形成した。最後に、プレス機を用いて正極活物質層を圧縮成型した。以上により正極を得た。<Example 1>
(Preparation of positive electrode)
98 parts by mass of a positive electrode active material (LiCoO 2 ), 1 part by mass of a conductive agent (carbon black) and 1 part by mass of a binder (polyvinylidene fluoride: PVdF) were mixed to obtain a positive electrode mixture. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was applied to the positive electrode current collector (aluminum foil) using a coating apparatus and then dried to form a positive electrode active material layer. Finally, the positive electrode active material layer was compression molded using a press. Thus, a positive electrode was obtained.
(負極の作製)
負極活物質としてケイ素酸化物および黒鉛と、2種類の炭素繊維(第1炭素繊維および第2炭素繊維)と、結着剤としてPVdFとを混合したのち、その混合物をNMPで希釈して、ペースト状の負極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体(銅箔)の両面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させた。以上により負極を得た。
なお、第1炭素繊維および第2炭素繊維の繊維径および繊維長、並びに、各材料の配合比は、下記の通りである。
第1炭素繊維:
繊維径70nm、繊維長1μm以上10μm未満の炭素繊維(比表面積25m2/g)
第2炭素繊維:
繊維径150nm、繊維長1μm以上10μm未満の炭素繊維(比表面積1325m2/g)
配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/第1炭素繊維/第2炭素繊維/結着剤)=10/81/1/2/6(wt%)(Preparation of negative electrode)
After mixing silicon oxide and graphite as a negative electrode active material, two types of carbon fibers (first carbon fiber and second carbon fiber), and PVdF as a binder, the mixture is diluted with NMP and paste A negative electrode mixture slurry was obtained. Subsequently, the negative electrode mixture slurry was applied to both surfaces of the negative electrode current collector (copper foil) using a coating apparatus and then dried. Thus, a negative electrode was obtained.
In addition, the fiber diameter and fiber length of 1st carbon fiber and 2nd carbon fiber, and the compounding ratio of each material are as follows.
First carbon fiber:
Carbon fiber having a fiber diameter of 70 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm (specific surface area 25 m 2 / g)
Second carbon fiber:
Carbon fiber having a fiber diameter of 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm (specific surface area 1325 m 2 / g)
Compounding ratio (silicon oxide / graphite / first carbon fiber / second carbon fiber / binder) = 10/81/1/2/6 (wt%)
(電解液の調製)
溶媒(炭酸エチレンおよび炭酸プロピレン)に電解質塩(LiPF6)を溶解させることにより、電解液を調製した。なお、溶媒の組成を質量比で炭酸エチレン:炭酸プロピレン=50:50とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して1mol/kgとした。(Preparation of electrolyte)
An electrolyte solution was prepared by dissolving an electrolyte salt (LiPF 6 ) in a solvent (ethylene carbonate and propylene carbonate). The composition of the solvent was ethylene carbonate: propylene carbonate = 50: 50 by mass ratio, and the content of the electrolyte salt was 1 mol / kg with respect to the solvent.
(評価用セルの作製)
評価用セルは以下のようにして作製した。(Production of evaluation cell)
The evaluation cell was produced as follows.
(電解質層の形成)
まず、電解液と、電解質用高分子化合物(PVdF)と、溶媒として有機溶剤(NMP)とを含む前駆溶液を調製した。次に、前駆溶液を正極および負極に塗布した後乾燥し、これにより正極および負極のそれぞれの両面にゲル状の電解質層を形成した。(Formation of electrolyte layer)
First, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound for electrolyte (PVdF), and an organic solvent (NMP) as a solvent was prepared. Next, the precursor solution was applied to the positive electrode and the negative electrode and then dried, thereby forming a gel electrolyte layer on both surfaces of the positive electrode and the negative electrode.
(巻回電極体の作製)
次に、溶接法を用いて正極集電体および負極集電体のそれぞれにリードを取り付けた。次に、セパレータを介して電解質層が形成された正極と負極とを積層してから巻回したのち、その最外周部に保護テープを貼り付けた。これにより巻回電極体を得た。(Production of wound electrode body)
Next, a lead was attached to each of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector using a welding method. Next, after laminating the positive electrode and the negative electrode on which the electrolyte layer was formed via the separator and winding, a protective tape was attached to the outermost periphery. Thereby, a wound electrode body was obtained.
(電池の組み立て)
次に、2枚のフィルム状の外装部材に巻回電極体を挟み込んだのち、熱融着法を用いて外装部の外周縁部同士を接着させて、外装部材の内部に巻回電極体を封入した。以上により、目的とする評価用セル(ラミネートフィル型電池)を得た。(Battery assembly)
Next, after sandwiching the wound electrode body between the two film-like exterior members, the outer peripheral edge portions of the exterior portion are bonded to each other using a heat fusion method, and the wound electrode body is placed inside the exterior member. Encapsulated. Thus, the intended evaluation cell (laminated fill type battery) was obtained.
<実施例2>
第2炭素繊維を繊維径70nm、繊維長10μm以上50μm未満の炭素繊維(比表面積28m2/g)に変えた。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、的とする評価用セルを得た。<Example 2>
The second carbon fiber was changed to a carbon fiber (specific surface area 28 m 2 / g) having a fiber diameter of 70 nm and a fiber length of 10 μm or more and less than 50 μm. Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<実施例3>
負極活物質をケイ素および黒鉛に変えた。配合比(ケイ素/黒鉛/第1炭素繊維/第2炭素繊維/結着剤)=5/86/1/2/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Example 3>
The negative electrode active material was changed to silicon and graphite. The blending ratio (silicon / graphite / first carbon fiber / second carbon fiber / binder) = 5/86/1/2/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<実施例4>
負極活物質をケイ素合金および黒鉛に変えた。配合比(ケイ素合金/黒鉛/第1炭素繊維/第2炭素繊維/結着剤)=10/81/1/2/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Example 4>
The negative electrode active material was changed to silicon alloy and graphite. The blending ratio (silicon alloy / graphite / first carbon fiber / second carbon fiber / binder) = 10/81/1/2/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<実施例5>
負極活物質をケイ素に変えた。結着剤をポリアミドイミドに変えた。配合比(ケイ素/第1炭素繊維/第2炭素繊維/結着剤)=89/1/2/8(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Example 5>
The negative electrode active material was changed to silicon. The binder was changed to polyamideimide. The blending ratio (silicon / first carbon fiber / second carbon fiber / binder) = 89/1/2/8 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<実施例6>
負極活物質をケイ素酸化物に変えた。結着剤をポリアミドイミドに変えた。配合比(ケイ素酸化物/第1炭素繊維/第2炭素繊維/結着剤)=89/1/2/8(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Example 6>
The negative electrode active material was changed to silicon oxide. The binder was changed to polyamideimide. The blending ratio (silicon oxide / first carbon fiber / second carbon fiber / binder) was 89/1/2/8 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<実施例7>
負極活物質をケイ素合金に変えた。結着剤をポリアミドイミドに変えた。配合比(ケイ素合金/第1炭素繊維/第2炭素繊維/結着剤)=89/1/2/8(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Example 7>
The negative electrode active material was changed to a silicon alloy. The binder was changed to polyamideimide. The blending ratio (silicon alloy / first carbon fiber / second carbon fiber / binder) = 89/1/2/8 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例1>
第2炭素繊維を用いず、第1炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/第1炭素繊維/結着剤)=10/83/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 1>
Only the first carbon fiber was used without using the second carbon fiber. The blending ratio (silicon oxide / graphite / first carbon fiber / binder) = 10/83/1/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例2>
第1炭素繊維に代えて、他の炭素繊維として、繊維径20nm、繊維長1μm以上10μm未満の炭素繊維(比表面積250m2/g)を用いた。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/他の炭素繊維/結着剤)=10/83/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、比較例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative example 2>
Instead of the first carbon fiber, carbon fiber having a fiber diameter of 20 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm (specific surface area 250 m 2 / g) was used as another carbon fiber. The blending ratio (silicon oxide / graphite / other carbon fiber / binder) = 10/83/6/6 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the above.
<比較例3>
第1炭素繊維に代えて、第2炭素繊維として、繊維径150nm、繊維長1μm以上10μm未満の炭素繊維(比表面積13m2/g)を用いた。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/第2の炭素繊維/結着剤)=10/83/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、比較例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 3>
Instead of the first carbon fiber, a carbon fiber (specific surface area 13 m 2 / g) having a fiber diameter of 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm was used as the second carbon fiber. The blending ratio (silicon oxide / graphite / second carbon fiber / binder) = 10/83/6/6 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the above.
<比較例4>
第1炭素繊維に代えて、第2炭素繊維として、繊維径70nm、繊維長10μm以上50μm未満の炭素繊維(比表面積28m2/g)を用いた。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/第2の炭素繊維/結着剤)=10/83/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、比較例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 4>
Instead of the first carbon fiber, a carbon fiber (specific surface area 28 m 2 / g) having a fiber diameter of 70 nm and a fiber length of 10 μm or more and less than 50 μm was used as the second carbon fiber. The blending ratio (silicon oxide / graphite / second carbon fiber / binder) = 10/83/6/6 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the above.
<比較例5>
第1炭素繊維に代えて、導電剤として、平均粒径40nmのカーボンブラック(比表面積50m2/g)を用いた。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/カーボンブラック/結着剤)=10/83/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、比較例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 5>
Instead of the first carbon fiber, carbon black having an average particle size of 40 nm (specific surface area 50 m 2 / g) was used as a conductive agent. The blending ratio (silicon oxide / graphite / carbon black / binder) = 10/83/1/6 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the above.
<比較例6>
第1炭素繊維に代えて、導電剤として、平均粒径3μm(3000nm)の黒鉛系導電剤(比表面積20m2/g)を用いた。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/黒鉛系導電剤/結着剤)=10/83/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、比較例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 6>
Instead of the first carbon fiber, a graphite-based conductive agent (specific surface area 20 m 2 / g) having an average particle size of 3 μm (3000 nm) was used as the conductive agent. The blending ratio (silicon oxide / graphite / graphite-based conductive agent / binder) = 10/83/1/6 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except for the above.
<比較例7>
第2炭素繊維に代えて、導電剤として、平均粒径40nmのカーボンブラック(比表面積50m2/g)を用いた。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/第1炭素繊維/カーボンブラック/結着剤)=10/81/1/2/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 7>
Instead of the second carbon fiber, carbon black having an average particle diameter of 40 nm (specific surface area 50 m 2 / g) was used as a conductive agent. The blending ratio (silicon oxide / graphite / first carbon fiber / carbon black / binder) = 10/81/1/2/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例8>
第2炭素繊維に代えて、導電剤として、平均粒径3μm(3000nm)の黒鉛系導電剤(比表面積20m2/g)を用いた。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/第1炭素繊維/黒鉛系導電剤/結着剤)=10/81/1/2/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 8>
Instead of the second carbon fiber, a graphite-based conductive agent (specific surface area 20 m 2 / g) having an average particle diameter of 3 μm (3000 nm) was used as the conductive agent. The blending ratio (silicon oxide / graphite / first carbon fiber / graphite-based conductive agent / binder) = 10/81/1/2/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例9>
第1炭素繊維に代えて、第2の炭素繊維として、繊維径150nm、繊維長1μm以上10μm未満の炭素繊維(比表面積13m2/g)を用いた。すなわち、第2炭素繊維として、繊維径150nm、繊維長1μm以上10μm未満の炭素繊維その1(比表面積13m2/g)および繊維径70nm、繊維長10μm以上50μm未満の炭素繊維その2(比表面積28m2/g)の2種を用いた。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/炭素繊維その1/炭素繊維その2/結着剤)=10/81/1/2/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 9>
Instead of the first carbon fiber, carbon fiber having a fiber diameter of 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm (specific surface area 13 m 2 / g) was used as the second carbon fiber. That is, as the second carbon fiber, a carbon fiber having a fiber diameter of 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm (specific surface area 13 m 2 / g) and a carbon fiber of 70 nm and a fiber length of 10 μm or more and less than 50 μm (part 2) Two types of 28 m 2 / g) were used. The blending ratio (silicon oxide / graphite / carbon fiber / 1 / carbon fiber / 2 / binding agent) = 10/81/1/2/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例10>
第1炭素繊維および第2炭素繊維を用いなかった。配合比(ケイ素酸化物/黒鉛/PVdF)=10/84/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 10>
The first carbon fiber and the second carbon fiber were not used. The blending ratio (silicon oxide / graphite / PVdF) = 10/84/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例11>
負極活物質をケイ素および黒鉛に変えた。第2炭素繊維を用いずに、第1炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素/黒鉛/第1炭素繊維/結着剤)=5/88/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 11>
The negative electrode active material was changed to silicon and graphite. Only the first carbon fiber was used without using the second carbon fiber. The blending ratio (silicon / graphite / first carbon fiber / binder) = 5/88/1/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例12>
負極活物質をケイ素および黒鉛に変えた。第1炭素繊維を用いずに、第2炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素/黒鉛/第2炭素繊維/結着剤)=5/88/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 12>
The negative electrode active material was changed to silicon and graphite. Only the second carbon fiber was used without using the first carbon fiber. The blending ratio (silicon / graphite / second carbon fiber / binder) = 5/88/1/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例13>
負極活物質をケイ素合金および黒鉛に変えた。第2炭素繊維を用いずに、第1炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素合金/黒鉛/第1炭素繊維/結着剤)=10/83/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 13>
The negative electrode active material was changed to silicon alloy and graphite. Only the first carbon fiber was used without using the second carbon fiber. The blending ratio (silicon alloy / graphite / first carbon fiber / binder) = 10/83/1/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例14>
負極活物質をケイ素合金および黒鉛に変えた。第1炭素繊維を用いずに、第2炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素合金/黒鉛/第2炭素繊維/結着剤)=10/83/1/6(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例1と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative example 14>
The negative electrode active material was changed to silicon alloy and graphite. Only the second carbon fiber was used without using the first carbon fiber. The blending ratio (silicon alloy / graphite / second carbon fiber / binder) = 10/83/6/6 (wt%). Except for the above, a target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 1.
<比較例15>
第2炭素繊維を用いずに、第1炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素/第1炭素繊維/結着剤)=91/1/8(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例5と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 15>
Only the first carbon fiber was used without using the second carbon fiber. The blending ratio (silicon / first carbon fiber / binder) = 91/1/8 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 5 except for the above.
<比較例16>
第1炭素繊維を用いずに、第2炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素/第2炭素繊維/結着剤)=91/1/8(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例5と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 16>
Only the second carbon fiber was used without using the first carbon fiber. The blending ratio (silicon / second carbon fiber / binder) = 91/1/8 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 5 except for the above.
<比較例17>
負極活物質をケイ素酸化物に変えた。第2炭素繊維を用いずに、第1炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素酸化物/第1炭素繊維/結着剤)=91/1/8(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例5と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 17>
The negative electrode active material was changed to silicon oxide. Only the first carbon fiber was used without using the second carbon fiber. The blending ratio (silicon oxide / first carbon fiber / binder) = 91/1/8 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 5 except for the above.
<比較例18>
負極活物質をケイ素酸化物に変えた。第1炭素繊維を用いずに、第2炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素酸化物/第2炭素繊維/結着剤)=91/1/8(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例5と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 18>
The negative electrode active material was changed to silicon oxide. Only the second carbon fiber was used without using the first carbon fiber. The blending ratio (silicon oxide / second carbon fiber / binder) = 91/1/8 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 5 except for the above.
<比較例19>
負極活物質をケイ素合金に変えた。第2炭素繊維を用いずに、第1炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ合金/第1炭素繊維/結着剤)=91/1/8(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例5と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 19>
The negative electrode active material was changed to a silicon alloy. Only the first carbon fiber was used without using the second carbon fiber. The blending ratio (silica alloy / first carbon fiber / binder) = 91/1/8 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 5 except for the above.
<比較例20>
負極活物質をケイ素合金に変えた。第1炭素繊維を用いずに、第2炭素繊維のみを用いた。配合比(ケイ素合金/第2炭素繊維/結着剤)=91/1/8(wt%)にした。以上のこと以外は、実施例5と同様にして、目的とする評価用セルを得た。<Comparative Example 20>
The negative electrode active material was changed to a silicon alloy. Only the second carbon fiber was used without using the first carbon fiber. The blending ratio (silicon alloy / second carbon fiber / binder) = 91/1/8 (wt%). A target evaluation cell was obtained in the same manner as in Example 5 except for the above.
(評価)
作製した評価用セルを用いて、下記の測定を行った。(Evaluation)
The following measurement was performed using the produced evaluation cell.
(初回効率の測定)
23℃環境下、定電流定電圧充電(条件:電流0.2C、充電終止電圧4.35V)にて充電を1回行い、その後、定電流放電(条件:電流0.2C、放電終止電圧3.0V)にて放電を1回行って、充電容量および放電容量を計測し、(「放電容量」/「充電容量」)×100[%]で計算される初回効率を算出した。(Measurement of initial efficiency)
Under a 23 ° C. environment, charging is performed once with constant current and constant voltage charging (condition: current 0.2 C, charging end voltage 4.35 V), and then constant current discharging (condition: current 0.2 C, discharging end voltage 3 The discharge capacity was discharged once at 0.0 V), the charge capacity and the discharge capacity were measured, and the initial efficiency calculated by (“discharge capacity” / “charge capacity”) × 100 [%] was calculated.
(サイクル特性評価)
23℃環境下、定電流定電圧充電(条件:電流0.5C、充電終止電圧4.35V)と、定電流放電(条件:電流0.5C、放電終止電圧3.0V)とを繰り返す、サイクル試験を行い、1サイクル時の放電容量に対する10サイクル時、100サイクル時および200サイクル時の放電容量維持率を求めた。(Cycle characteristic evaluation)
A cycle of constant current and constant voltage charging (condition: current 0.5 C, charge end voltage 4.35 V) and constant current discharge (condition: current 0.5 C, discharge end voltage 3.0 V) in a 23 ° C. environment. The test was performed, and the discharge capacity maintenance rate at 10 cycles, 100 cycles, and 200 cycles with respect to the discharge capacity at 1 cycle was determined.
負極の構成を下記の表1に示し、測定結果を下記の表2に示す。 The configuration of the negative electrode is shown in Table 1 below, and the measurement results are shown in Table 2 below.
測定結果によれば、初回効率については、比較例2、比較例5、比較例7で低下傾向にあった。これは炭素繊維もしくは導電剤の比表面積が大きいため、充電時の負極反応面積が増え、被膜形成時に多くの可逆Liを消失することに起因する。よって、初回効率の観点からは炭素繊維および導電剤の比表面積を50m2/g未満に抑えることが望ましい。According to the measurement results, the initial efficiency tended to decrease in Comparative Example 2, Comparative Example 5, and Comparative Example 7. This is because the carbon fiber or the conductive agent has a large specific surface area, so that the negative electrode reaction area at the time of charging increases, and a large amount of reversible Li disappears at the time of film formation. Therefore, it is desirable to suppress the specific surface areas of the carbon fiber and the conductive agent to less than 50 m 2 / g from the viewpoint of initial efficiency.
サイクル毎の放電容量維持率については、まず、サイクル初期である10サイクル時点では、実施例1〜実施例7、比較例1〜比較例2、比較例7〜比較例8、比較例11、比較例13、比較例15、比較例17、比較例19が良好であった。 Regarding the discharge capacity retention rate for each cycle, first, at the time of 10 cycles, which is the initial stage of the cycle, Examples 1 to 7, Comparative Examples 1 to 2, Comparative Examples 7 to 8, Comparative Example 11, and Comparison Example 13, Comparative Example 15, Comparative Example 17, and Comparative Example 19 were good.
これらの実施例および比較例は、繊維径150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満の第1炭素繊維または他の繊維を使用したものである。測定結果は、細径かつ短尺な第1炭素繊維が、ケイ素またはその化合物(ケイ素酸化物、ケイ素合金)粒子表面に吸着しやすく、粒子表面および近傍の電子パスを確保でき、サイクルに伴うケイ素又はその化合物の膨張収縮に追従し、粒子表面および近傍の電子パス崩落を抑制したことに起因するものである。 In these Examples and Comparative Examples, a first carbon fiber or other fiber having a fiber diameter of less than 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm is used. The measurement result shows that the first carbon fiber having a small diameter and a short length can be easily adsorbed on the surface of silicon or a compound thereof (silicon oxide, silicon alloy), and can secure an electron path in the vicinity of the particle surface. This is caused by following the expansion and contraction of the compound and suppressing the collapse of the electron path on and near the particle surface.
次に、10サイクル時点の改善が見られたものについて、サイクル中期である100サイクル時点を比較すると、比較例2のみ劣化傾向にあった。これは炭素繊維の繊維径が20nmと極めて細い他の炭素繊維を用いているため、サイクル進行に伴い活物質の膨張収縮に起因して粒子間が広がり、接触不良が生じた際に電子パスを維持できないことに起因する。また炭素繊維の繊維径が細くなると比表面積が増大し、上記のように初回効率が低下するため望ましくない。よって、平均繊維径70nm以上150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満の第1炭素繊維を用いることが好ましいことがわかる。 Next, when the improvement at the 10th cycle was observed, when the 100th cycle, which is the middle of the cycle, was compared, only Comparative Example 2 was in a tendency to deteriorate. This is because other carbon fibers with a very small fiber diameter of 20 nm are used, and as the cycle progresses, the particles expand due to expansion and contraction of the active material, and an electron path is generated when contact failure occurs. This is because it cannot be maintained. Further, when the fiber diameter of the carbon fiber is reduced, the specific surface area is increased, and the initial efficiency is lowered as described above, which is not desirable. Therefore, it can be seen that it is preferable to use a first carbon fiber having an average fiber diameter of 70 nm or more and less than 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm.
最後に、サイクル長期である200サイクル時点では、実施例1〜実施例7が高い放電容量維持率を示した。これは、サイクルがさらに進行した場合には粒子間距離がより広がるため、太径や長尺な第2炭素繊維が長距離の電子パスに寄与できることに起因するものである。 Finally, at 200 cycles, which is a long cycle, Examples 1 to 7 showed a high discharge capacity retention rate. This is due to the fact that when the cycle further proceeds, the inter-particle distance is further increased, so that the large diameter or long second carbon fiber can contribute to the long-distance electron path.
以上の結果から、繊維径70nm以上150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満の第1炭素繊維および繊維径150nm以上、または、繊維長10μm以上の第2炭素繊維を使用することが最良であることが確認できた。 From the above results, it is best to use a first carbon fiber having a fiber diameter of 70 nm to less than 150 nm and a fiber length of 1 μm to less than 10 μm and a second carbon fiber having a fiber diameter of 150 nm or more or a fiber length of 10 μm or more. I was able to confirm.
7.他の実施の形態(変形例)
以上、本技術を各実施の形態および実施例によって説明したが、本技術はこれらに限定されるものではなく、本技術の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。7). Other embodiment (modification)
As mentioned above, although this technique was demonstrated by each embodiment and an Example, this technique is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this technique.
例えば、上述の実施の形態および実施例において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、製造プロセスなどを用いてもよい。 For example, the numerical values, structures, shapes, materials, raw materials, manufacturing processes and the like given in the above-described embodiments and examples are merely examples, and different numerical values, structures, shapes, materials, raw materials, A manufacturing process or the like may be used.
上述の実施の形態および実施例の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。 The configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, and the like of the above-described embodiments and examples can be combined with each other without departing from the gist of the present technology.
本技術に係る負極は、角型などの他の電池構造を有する場合についても、同様に適用可能である。第1〜第2の実施の形態において、巻回型の電極体に代えて、積層型の電極体を用いてもよい。本技術に係る負極は、例えば、スマートウォッチ、ヘッドマウントディスプレイ、iGlass(登録商標)などのウェアラブル端末に搭載されるフレキシブル電池などにも適用可能である。本技術に係る負極は、例えば、航空機、無人飛行機などの飛行体などに搭載される電池にも適用可能である。 The negative electrode according to the present technology can be similarly applied to a case of having another battery structure such as a square shape. In the first and second embodiments, a stacked electrode body may be used instead of the wound electrode body. The negative electrode according to the present technology can be applied to, for example, a flexible battery mounted on a wearable terminal such as a smart watch, a head mounted display, or iGlass (registered trademark). The negative electrode according to the present technology can be applied to, for example, a battery mounted on a flying body such as an aircraft or an unmanned airplane.
本技術は以下の構成を採用することもできる。
[1]
負極活物質と、
第1炭素繊維および第2炭素繊維と
を含み、
前記第1炭素繊維は、繊維径70nm以上150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満のものであり、
前記第2炭素繊維は、繊維径150nm以上、または、繊維長10μm以上のものである負極。
[2]
前記負極活物質は、非炭素材料および炭素材料の少なくとも一つを含む[1]に記載の負極。
[3]
前記非炭素材料は、ケイ素を含む材料およびスズを含む材料の少なくとも一つを含み、
前記炭素材料は、黒鉛を含む[2]に記載の負極。
[4]
前記ケイ素を含む材料は、ケイ素の単体、ケイ素の合金およびケイ素の化合物の少なくとも一つを含み、
前記スズを含む材料は、スズの単体、スズの合金およびスズの化合物の少なくとも一つを含む[3]に記載の負極。
[5]
前記第1炭素繊維の比表面積は、50m2/g未満であり、
前記第2炭素繊維の比表面積は、50m2/g未満である[1]〜[4]の何れか一つに記載の負極。
[6]
前記第1炭素繊維および前記第2炭素繊維の合計質量は、負極構成材料の全質量に対して、0.1wt%以上10wt%未満である[1]〜[5]の何れか一つに記載の負極。
[7]
正極と、
負極と、
電解質と
を備え、
前記負極は、負極活物質と、第1炭素繊維および第2炭素繊維と
を含み、
前記第1炭素繊維は、繊維径70nm以上150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満のものであり、
前記第2炭素繊維は、繊維径150nm以上、または、繊維長10μm以上のものである電池。
[8]
[7]に記載の電池と、
前記電池を制御する制御部と、
を有する電池パック。
[9]
[7]に記載の電池から電力の供給を受ける電子機器。
[10]
[7]に記載の電池と、
前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。
[11]
[7]に記載の電池を有し、前記電池に接続される電子機器に電力を供給する蓄電装置。
[12]
他の機器とネットワークを介して信号を送受信する電力情報制御装置を有し、
前記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、前記電池の充放電制御を行う[11]に記載の蓄電装置。
[13]
[7]に記載の電池から電力の供給を受ける電力システム。
[14]
発電装置または電力網から前記電池に電力が供給される[13]に記載の電力システム。The present technology can also employ the following configurations.
[1]
A negative electrode active material;
Including a first carbon fiber and a second carbon fiber,
The first carbon fiber has a fiber diameter of 70 nm or more and less than 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm,
The second carbon fiber is a negative electrode having a fiber diameter of 150 nm or more or a fiber length of 10 μm or more.
[2]
The negative electrode according to [1], wherein the negative electrode active material includes at least one of a non-carbon material and a carbon material.
[3]
The non-carbon material includes at least one of a material containing silicon and a material containing tin,
The negative electrode according to [2], wherein the carbon material includes graphite.
[4]
The silicon-containing material includes at least one of a simple substance of silicon, an alloy of silicon, and a compound of silicon,
The negative electrode according to [3], wherein the material containing tin includes at least one of a simple substance of tin, an alloy of tin, and a compound of tin.
[5]
The specific surface area of the first carbon fiber is less than 50 m 2 / g,
The negative electrode according to any one of [1] to [4], wherein the specific surface area of the second carbon fiber is less than 50 m 2 / g.
[6]
The total mass of said 1st carbon fiber and said 2nd carbon fiber is 0.1 wt% or more and less than 10 wt% with respect to the total mass of a negative electrode constituent material, It is any one of [1]-[5]. Negative electrode.
[7]
A positive electrode;
A negative electrode,
With electrolyte,
The negative electrode includes a negative electrode active material, a first carbon fiber and a second carbon fiber,
The first carbon fiber has a fiber diameter of 70 nm or more and less than 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm,
The second carbon fiber is a battery having a fiber diameter of 150 nm or more or a fiber length of 10 μm or more.
[8]
The battery according to [7];
A control unit for controlling the battery;
A battery pack.
[9]
The electronic device which receives supply of electric power from the battery as described in [7].
[10]
The battery according to [7];
A conversion device that receives supply of electric power from the battery and converts it into driving force of a vehicle;
An electric vehicle having a control device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the battery.
[11]
[7] A power storage device that includes the battery according to [7] and supplies electric power to an electronic device connected to the battery.
[12]
It has a power information control device that transmits and receives signals to and from other devices via a network,
The power storage device according to [11], wherein charge / discharge control of the battery is performed based on information received by the power information control device.
[13]
The electric power system which receives supply of electric power from the battery as described in [7].
[14]
The power system according to [13], wherein power is supplied to the battery from a power generation device or a power network.
11・・・電池缶
12、13・・・絶縁板
14・・・電池蓋
15A・・・ディスク板
15・・・安全弁機構
16・・・熱感抵抗素子
17・・・ガスケット
20・・・巻回電極体
21・・・正極
21A・・・正極集電体
21B・・・正極活物質層
22・・・負極
22A・・・負極集電体
22B・・・負極活物質層
23・・・セパレータ
24・・・センターピン
25・・・正極リード
26・・・負極リード
30・・・巻回電極体
31・・・正極リード
32・・・負極リード
33・・・正極
34・・・負極
35・・・セパレータ
36・・・電解質層
111・・・電池セル(電源)
121・・・制御部
200・・・電池パック
201・・・組電池
201a・・・二次電池
300・・・電子機器
400・・・蓄電システム
403・・・蓄電装置
404・・・発電装置
406・・・電動車両
409・・・電力網
410・・・制御装置
412・・・情報網
503・・・電力駆動力変換装置
508・・・バッテリー
509・・・車両制御装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can 12, 13 ...
DESCRIPTION OF
Claims (14)
第1炭素繊維および第2炭素繊維と
を含み、
前記第1炭素繊維は、繊維径70nm以上150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満のものであり、
前記第2炭素繊維は、繊維径150nm以上、または、繊維長10μm以上のものである負極。A negative electrode active material;
Including a first carbon fiber and a second carbon fiber,
The first carbon fiber has a fiber diameter of 70 nm or more and less than 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm,
The second carbon fiber is a negative electrode having a fiber diameter of 150 nm or more or a fiber length of 10 μm or more.
前記炭素材料は、黒鉛を含む請求項2に記載の負極。The non-carbon material includes at least one of a material containing silicon and a material containing tin,
The negative electrode according to claim 2, wherein the carbon material includes graphite.
前記スズを含む材料は、スズの単体、スズの合金およびスズの化合物の少なくとも一つを含む請求項3に記載の負極。The silicon-containing material includes at least one of a simple substance of silicon, an alloy of silicon, and a compound of silicon,
The negative electrode according to claim 3, wherein the material containing tin includes at least one of a simple substance of tin, an alloy of tin, and a compound of tin.
前記第2炭素繊維の比表面積は、50m2/g未満である請求項1に記載の負極。The specific surface area of the first carbon fiber is less than 50 m 2 / g,
The negative electrode according to claim 1, wherein a specific surface area of the second carbon fiber is less than 50 m 2 / g.
負極と、
電解質と
を備え、
前記負極は、負極活物質と、第1炭素繊維および第2炭素繊維と
を含み、
前記第1炭素繊維は、繊維径70nm以上150nm未満、且つ、繊維長1μm以上10μm未満のものであり、
前記第2炭素繊維は、繊維径150nm以上、または、繊維長10μm以上のものである電池。A positive electrode;
A negative electrode,
With electrolyte,
The negative electrode includes a negative electrode active material, a first carbon fiber and a second carbon fiber,
The first carbon fiber has a fiber diameter of 70 nm or more and less than 150 nm and a fiber length of 1 μm or more and less than 10 μm,
The second carbon fiber is a battery having a fiber diameter of 150 nm or more or a fiber length of 10 μm or more.
前記電池を制御する制御部と
を有する電池パック。A battery according to claim 7;
A battery pack having a control unit for controlling the battery.
前記電池から電力の供給を受けて車両の駆動力に変換する変換装置と、
前記電池に関する情報に基づいて車両制御に関する情報処理を行う制御装置と
を有する電動車両。A battery according to claim 7;
A conversion device that receives supply of electric power from the battery and converts it into driving force of a vehicle;
An electric vehicle having a control device that performs information processing related to vehicle control based on information related to the battery.
前記電力情報制御装置が受信した情報に基づき、前記電池の充放電制御を行う請求項11に記載の蓄電装置。It has a power information control device that transmits and receives signals to and from other devices via a network,
The power storage device according to claim 11, wherein charge / discharge control of the battery is performed based on information received by the power information control device.
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---|---|---|---|---|
CN109980199B (en) * | 2019-03-20 | 2020-09-29 | 宁德新能源科技有限公司 | Negative active material, method for preparing same, and device using same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008117761A (en) * | 2006-10-11 | 2008-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2012501515A (en) * | 2008-09-02 | 2012-01-19 | アルケマ フランス | Composite electrode material, battery electrode including the material, and lithium battery having the electrode |
WO2013166598A1 (en) * | 2012-05-08 | 2013-11-14 | HYDRO-QUéBEC | Lithium-ion secondary battery and method of producing same |
JP2014235855A (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | ソニー株式会社 | Battery, battery pack, electronic apparatus, electric vehicle, electricity storage device and electric power system |
JP2015508934A (en) * | 2012-01-30 | 2015-03-23 | ネクソン リミテッドNexeon Limited | Si / C electroactive material composition |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6245455B1 (en) * | 1997-07-04 | 2001-06-12 | Hitachi, Ltd. | Sodium-sulfur secondary battery |
US8187754B2 (en) | 2006-10-11 | 2012-05-29 | Panasonic Corporation | Coin-type non-aqueous electrolyte battery |
JP2011029408A (en) * | 2009-07-24 | 2011-02-10 | Showa Denko Kk | Electrochemical capacitor and electrode layer used therefor, and method of manufacturing the electrode layer |
TWI565128B (en) | 2011-02-16 | 2017-01-01 | Showa Denko Kk | Lithium battery electrode and lithium battery |
CA2754372A1 (en) | 2011-10-04 | 2013-04-04 | Hydro-Quebec | Positive-electrode material for lithium-ion secondary battery and method of producing same |
WO2013066593A1 (en) * | 2011-10-31 | 2013-05-10 | CNano Technology Limited | Electrode composition for an electrode |
US8585509B2 (en) * | 2011-11-04 | 2013-11-19 | Mei-Chu Yeh | Putting green simulator |
JP2013116059A (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Mitsubishi Agricultural Machinery Co Ltd | Rotary tiller |
GB2498802B (en) | 2012-01-30 | 2014-06-11 | Nexeon Ltd | Composition comprising particulate electroactive material |
GB2498803B (en) | 2012-01-30 | 2015-04-08 | Nexeon Ltd | Composition |
JP5900113B2 (en) * | 2012-03-30 | 2016-04-06 | ソニー株式会社 | Lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, battery pack, electronic device, electric vehicle, power storage device, and power system |
JP6201989B2 (en) * | 2012-06-07 | 2017-09-27 | 日本ゼオン株式会社 | Negative electrode slurry composition, lithium ion secondary battery negative electrode and lithium ion secondary battery |
JP5602262B2 (en) * | 2013-01-29 | 2014-10-08 | 昭和電工株式会社 | Composite electrode material |
-
2016
- 2016-04-14 WO PCT/JP2016/002014 patent/WO2017002288A1/en active Application Filing
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2019
- 2019-09-25 JP JP2019174771A patent/JP6795069B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008117761A (en) * | 2006-10-11 | 2008-05-22 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nonaqueous electrolyte battery |
JP2012501515A (en) * | 2008-09-02 | 2012-01-19 | アルケマ フランス | Composite electrode material, battery electrode including the material, and lithium battery having the electrode |
JP2015508934A (en) * | 2012-01-30 | 2015-03-23 | ネクソン リミテッドNexeon Limited | Si / C electroactive material composition |
WO2013166598A1 (en) * | 2012-05-08 | 2013-11-14 | HYDRO-QUéBEC | Lithium-ion secondary battery and method of producing same |
JP2014235855A (en) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | ソニー株式会社 | Battery, battery pack, electronic apparatus, electric vehicle, electricity storage device and electric power system |
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